Культуры
ивы: устойчивость и продуктивность
А. А. Афонин, Брянский государственный университет, Россия
дополненная и исправленная HTML-версия раздела Структура поликлональных насаждений ранее опубликованной монографии:
Афонин А.А. Методологические принципы создания устойчивых высокопродуктивных насаждений ив (на примере автохтонных видов Salix Брянского лесного массива). – Брянск: РИО Брянского государственного университета, 2005. – 146 с.: ил.
УДК 634.956.58 + 634.928.53 + 582.623
ISBN 5-9734-0021-2
Содержание
Принципы создания устойчивых высокопродуктивных культур ивы
Модули поликлональных насаждений
Принципы создания устойчивых высокопродуктивных культур ивы
На основании сравнительного анализа моделей эволюции виртуальных популяций и наблюдений за ивами в природе и в культуре нами разработаны принципы создания устойчивых высокопродуктивных структурированных насаждений (культур) ивы:
1 Принцип межвидовой и внутривидовой гетерогенности по биологически значимым признакам. Эти признаки могут быть нейтральными с хозяйственной точки зрения, но они важны для самих растений.
2 Принцип минимизации конкуренции. Достигается оптимизацией всех уровней биоразнообразия: видового и внутривидового (генетического и фенотипического).
3 Принцип отличимости элементов насаждения по генетическим маркерам – признакам с высокой наследуемостью и хорошо выраженных в фенотипе. Эти признаки могут быть нейтральными и с хозяйственной точки зрения, и с точки зрения полезности для растений.
4 Принцип структурированности по ярусам и по возрастам. Структурированность по ярусам достигается смешением различных жизненных форм и смещением сроков обрезки по годам. Разновозрастность корневых систем достигается одновременной посадкой разновозрастных саженцев и смещением сроков посадки по годам, разновозрастность наземной части – смещением сроков обрезки по годам.
5 Принцип постоянного обновления и повышения продуктивности. Для ремонта насаждений и замены клонов, утративших ценность, должны использоваться новые клоны или не использовавшиеся ранее виды (гибриды) с более высокой продуктивностью.
6 Принцип комплексного использования насаждений. В качестве продукции насаждения должны рассматриваться и использоваться: основные продукты (древесина, прут, кора), побочные продукты (цветочный нектар, веточный корм), а также продукция междурядий и благотворное влияние насаждений на окружающую среду, включая защитное (водоохранное, почвозащитное).
Типы культур ивы
вернуться к началу назад далее
В соответствии с изложенными принципами все множество поликлональных насаждений по своему назначению можно разделить на четыре основных типа.
I тип. Декоративно-рекреационные посадки. Главное назначение – озеленение линейных сооружений (улиц, дорог, набережных). Побочные назначения: защитное (противоэрозионное, ветроломное, водоохранно-защитное), получение древесины. Рекомендуемые виды: S.alba и ее гибриды, S.viminalis, черенкующиеся клоны S.myrsinifolia. Насаждения этого типа – долговременные, для их создания и ремонта рекомендуется использовать отборные 2–3-летние черенковые саженцы первоклассных клонов.
II тип. Защитные (противоэрозионные, водоохранно-защитные) насаждения. Главное назначение – закрепление подвижных грунтов, защита берегов рек от размыва и создание биогеохимических барьеров в ландшафтах транзитивного типа, рекультивация нарушенных земель и восстановление почв (фиторемедиация). Побочные назначения: получение биомассы, прута, сохранение исходного разнообразия и частичное использование как маточных (сохранение резервных клонов). Рекомендуемые виды: S.triandra, S.myrsinifolia, S.viminalis, S.dasyclados, S.acutifolia, в меньшей степени – S.alba и ее гибриды, а на тяжелых сырых почвах – черенкующиеся клоны S.myrsinifolia, S.cinerea, S.dasyclados. Насаждения этого типа – также долговременные; для их создания вполне возможно использование укорененных черенковых саженцев и неукорененных одревесневших черенков клонов 1-го и 2-го класса с дальнейшими селекционными прочистками (удалением слабых и поврежденных саженцев).
III тип. Энергетические плантации с высокой биологической продуктивностью (включающей продуктивность древостоя и зеленой массы). Главное назначение – получение биомассы. Побочные назначения: получение древесины, прута, сохранение исходного разнообразия, частичное использование насаждений как маточных (сохранение резервных клонов). При экстенсивном безвершинном хозяйстве создаются долговременные порослевые плантации (срезка наземной части производится ежегодно в течение 5 и более лет). Для создания таких плантаций рекомендуется использование отборных 2…3-летних черенковых саженцев первоклассных клонов S.alba и её гибридов. При интенсивном ведении хозяйства создаются плантации аэроксильных кустарников с 1…2-летним оборотом. После срезки прута кусторезами верхний слой почвы фрезеруется: этот прием является почвосберегающим и даже повышающим естественное плодородие почв. Для создания таких плантаций вполне возможно использование неукорененных одревесневших черенков S.triandra, S.viminalis.
IV тип. Комплексные коллекционно-селекционно-маточные: маточно-семенные коллекции, школы для выращивания сеянцев, селекционные питомники для клонового отбора, маточно-черенковые плантации, школы для выращивания посадочного материала (черенковых саженцев). Главное назначение – выявление, изучение и сохранение (архивация) разнообразия исходного материала. Побочные назначения: получение посадочного материала, селекция на разнообразие, высокую продуктивность и высокие декоративные качества. Рекомендуемые виды: S.alba и ее гибриды, S.triandra, S.myrsinifolia, S.viminalis, S.dasyclados, S.acutifolia. Для создания комплексных плантаций необходимо использовать все методы семенного и вегетативного размножения ив. В таких насаждениях достигается наиболее высокий уровень гетерогенности.
Приведенная классификация насаждений принципиально не отличается от разработанных ранее классификаций культур ивы (Чернышев, 1933; Правдин, 1952; Трошанин, 1960; Морозов, 1966; Старова, 1980; Редько и др., 1985; Dawson, McCracken, 1998; Царёв и др., 2003). Однако в ее основе лежат принципы гетерогенности всех типов насаждений и постоянного их обновления. Кроме того, все перечисленные типы насаждений могут (и должны) служить источником материала для фундаментальных научных исследований в области лесоведения, лесной генетики и селекции.
Модули поликлональных насаждений
вернуться к началу назад далее
Для рационального использования генетического потенциала указанных видов разработаны схемы (модули) поликлональных насаждений.
При разработке схем важное внимание уделялось оптимальному числу клонов в составе модуля. Нижняя граница числа клонов определяется минимизацией конкурентных отношений между клонами, верхняя граница – минимизацией затрат на создание, управление и эксплуатацию культуры. Кроме того, в избыточно сложных экосистемах создаются благоприятные условия для размножения и эволюции вредителей и возбудителей.
Основой модуля для культур любого типа (плантаций, полос) является ряд, поскольку регулярная посадка облегчает процесс проектирования и создания насаждений, уход за ними и эксплуатацию. Использование отборного селекционного посадочного материала и высокий уровень агротехники позволяют свести к минимуму объем рубок ухода, тогда густота посадки совпадает с густотой стояния.
По числу рядов в модуле и индексам равномерности поликлональные насаждения можно разделить на линейные (I и II тип) и широкополосные (II и III тип).
Линейные насаждения
вернуться к началу назад далее
В линейных насаждениях саженцы располагаются вдоль одной линии (прямой или кривой) в один или два ряда. Для создания декоративно-рекреационных насаждений рекомендуются древовидные ивы (S.alba и ее гибриды), защитных – и древовидные, и кустарниковые. Горизонтальная структура однорядных насаждений определяется шагом посадки (расстоянием в ряду между деревьями или кустами) и схемой чередования клонов. Для долговременных насаждений древовидных ив возможен шаг посадки ~3–4 (1,5–7,5) м, для кустарниковых ~1,5–2,5 (0,75–4) м. У древовидных ив диаметр (проекция) плакучей кроны достигает 6 м и более, у кустарниковых ив – 2…3 м. Поэтому долговременные насаждения древовидных ив с шагом посадки менее 3,0 м мы рассматриваем как загущенные, с шагом 3–4 м – как нормальные, с шагом 5,0м и более – как разреженные. Для долговременных насаждений кустарниковых ив эти расстояния, соответственно, равны: 1,0 м и менее; 1,5–2,5 м; 3,0 м и более.
Вертикальная структура чистых (одновидовых) насаждений определяется двумя факторами: формой кроны и возрастом надземной части. Если клоны характеризуются кроной одного типа (пирамидальная, плакучая, промежуточная), то возможно формирование одноярусных одновозрастных насаждений (например, продуваемых полос) или двухъярусных разновозрастных (например, ажурных полос). Разновозрастность надземной части может формироваться разными способами. Первый: высаживаются двухлетние черенковые саженцы (с однолетней надземной частью на двулетних корнях), а через 2…3 года (в зависимости от годичного прироста в высоту) часть саженцев обрезается с посадкой на пень. Второй способ: в первый год высаживается половина саженцев с абсолютным возрастом два года, а через 2…3 года – вторая половина, опять же с абсолютным возрастом два года. Если клоны характеризуются разной формой кроны, то двухъярусность формируется в первый же год посадки одновозрастных саженцев.
Для создания однорядных насаждений необходимо, как минимум, два комплементарных (то есть взаимодополняющих) клона, размещаемых по схеме: – 1 – 2 – 1 – 2 –. Такая биклональная схема проста, требует минимального набора клонов, позволяет правильно чередовать деревья (кусты) с разной формой кроны и/или с разным возрастом. Но при биклоновой схеме каждый клон контактирует с двумя особями другого клона, что увеличивает конкурентную нагрузку на каждый клон. Более приемлема триклональная схема, например: – 1 – 2 – 3 – 1 – 2 – 3 –. Однако в этом случае трудно чередовать деревья (кусты) с разной формой кроны или с разным возрастом и проектировать ярусность насаждений. Поэтому желательно использовать четыре клона, размещаемых по схеме: – 1 – 2 – 3 – 4 – 1 – 2 – 3 – 4 –. Например, клоны 1 и 3 имеют пирамидальную крону, а клоны 2 и 4 – плакучую.
Для создания двухрядных насаждений требуется, как минимум, два клона, располагаемых в шахматном порядке по квадратной ортогональной схеме (шаг посадки А равен ширине междурядий В):
Однако эта схема страдает целым рядом недостатков: высок уровень конкуренции (каждый клон тесно контактирует с тремя особями другого клона и, частично, с двумя особями своего клона), деревья (кусты) в разных рядах находятся в разных условиях (например, освещенность в южном ряду выше, чем в северном), общая плотность посадки низкая (что не позволяет использовать такие насаждения как противоэрозионные), затрудняется формирование двухъярусных разновозрастных насаждений без ухудшения условий для 2-го яруса. Для устранения перечисленных недостатков нами разработана гексагональная схема посадки (деревья (кусты) располагают по вершинам равностороннего треугольника) с использованием шести (как минимум) или восьми (оптимум) клонов:
Предложенные схемы-модули отличаются от общепринятых ортогональных (квадратных, шахматных) схем повышенной плотностью и оптимизированной конкуренцией между клонами. При гексагональном расположении деревьев (кустов) расстояние между рядами можно уменьшить ~ в 1,15 раза; иначе говоря, расстояние между рядами составляет ~ 0,87 от расстояния между деревьями (кустами) в ряду. Например, при шаге посадки А=2,0 м расстояние между рядами В ~ 1,7 м. Некоторые конкретные схемы показаны в таблице 7.2.
Таблица – Гексагональные схемы размещения кустарниковых и древовидных ив с различной густотой стояния
Примечание. Последняя значащая цифра значений S округлена до целых квадратных метров или 0,5 кв. метра, А и В – до десятых или 0,05 метра.
Гексагональные схемы посадки позволяют уменьшить общую ширину полосы и создать более плотный барьер для движущейся среды. Уровень конкуренции между клонами минимален: каждый клон контактирует с особями разных клонов. Упрощается уход за саженцами. Облегчается формирование двухъярусных насаждений: например, в северном ряду располагаются клоны старшего возраста и (или) пирамидальной кроной, а в южном ряду – наоборот.
Предложенная схема–модуль с некоторыми модификациями может использоваться и для создания смешанных древесно-кустарниковых насаждений с повышенной плотностью. Для создания таких сложных по видовому составу и структуре насаждений требуется три клона древовидных ив (клоны 1–3) и шесть клонов кустарниковых ив (клоны 4–9). В таких загущенных насаждениях кустарниковые ивы могут выполнять функции подгона для древовидных ив и использоваться для получения прута.
Широкополосные насаждения кулисного типа
вернуться к началу назад далее
Такие насаждения могут выполнять самые разнообразные функции, но, в первую очередь, они предназначены для получения биомассы. Широкополосные насаждения кулисного типа образуются полосами, разделенными технологическими коридорами (широкими междурядьями). В насаждениях III типа ширина полосы должна соответствовать ширине захвата кусторезов и фрез, например, при расстоянии между рядами ~2м (густота стояния 2000 шт./га) полоса должна быть трехрядной. В простейшем случае для создания трехрядных насаждений требуется два клона, располагаемых в шахматном порядке по квадратной ортогональной схеме. Однако такая схема страдает теми же недостатками, что и ортогональная двурядная. Для устранения этих недостатков мы предлагаем гексагональную схему на основе девяти (двенадцати) комплементарных клонов:
При использовании гексагональной схемы–модуля, где расстояние между рядами составляет ~ 0,87 от шага посадки, густота посадки (стояния) возрастает в 1,15 раза (по сравнению с ортогональной схемой) без повышения уровня конкуренции между особями. Соответственно, возрастает и продуктивность насаждений без снижения их устойчивости.
В простейшем случае широкополосные насаждения могут быть одновидовыми одновозрастными, что удобно при создании культур с коротким оборотом. Если же планируется долговременная эксплуатация насаждений с минимальным уходом за ними, то их структура усложняется. Например, в одном из вариантов клоны 1…3 (I ряд, северный) – это деревья, а клоны 4…9 (II и III ряды) – кустарники одного или разных видов. Причем возможна первоначальная посадка только кустарников, и только через 2…3 года деревьев. Кустарники используются на прут и выполняют функции подгона для деревьев, а деревья выращиваются для получения высококачественной древесины.
Ширина широких междурядий между полосами может быть
различной. Если она равна ширине междурядий в полосе, то образуются сплошные
насаждения плантационного типа (массивы). Продуктивность таких насаждений в
пересчете на 1 гектар максимальна, но затрудняется уход за ними (особенно в
загущенных посадках), возрастает напряженность конкуренции (в первую очередь,
за счет уменьшения светового довольствия), снижается устойчивость. Если ширина
широких междурядий достаточно велика (5,0 м и более), то это приводит к
снижению общей продуктивности (в пересчете на 1 гектар общей площади
насаждений), но увеличению продуктивности на занятой полосами площади (за счет
снижения конкуренции) и повышению устойчивости. Кроме того, при широких
междурядьях облегчается уход за культурами в течение многих лет, а как известно
(Морозов, 2004), создание культур без возможности достаточного ухода есть
напрасная затрата труда и капиталовложений.
Системы содержания почвы в приствольных полосах и междурядьях могут быть различными: паровая, паро-сидеральная, дерново-перегнойная. При создании сплошных культур плантационного типа снимается проблема междурядий, однако в крайне загущенных посадках кустарниковых ив (свыше 20 тыс. шт./га, ширина междурядий менее 0,65 м) уход за насаждениями становится практически невозможным. Поэтому для создания плантаций могут быть рекомендованы лишь однотипные клоны с размещением по схеме 3×3.
Сложные насаждения
К сложным по структуре насаждениям относятся декоративно-рекреационные и коллекционно-селекционно-маточные. Декоративно-рекреационные насаждения мы подразделяем на два типа: только на основе ив (с возможной примесью других пород, например, тополей) и с участием ив. Насаждения только на основе ив мы рекомендуем создавать в поймах рек, т.е. в таких условиях, которые неблагоприятны для деревьев и кустарников других видов. Разумеется, по своей структуре они могут быть основаны на рядовой посадке, но наибольшей декоративностью обладают отдельные деревья и их группы. Проектирование таких насаждений должно осуществляться с учетом рельефа, типа почв, наличия водоемов и других особенностей данной местности.
Особое внимание следует уделить половой структуре насаждений. Если подразумевается, что созданные насаждения могут служить для естественного возобновления ив, то в их состав должны входить женские и мужские клоны. Однако, на наш взгляд, это нецелесообразно по двум причинам. Во-первых, как уже отмечалось, естественное возобновление ив происходит с трудом, а во-вторых, расщепления при семенном возобновлении непредсказуемы, и семенное потомство от лучших клонов может не соответствовать никаким требованиям. Нужно также учесть, что «ивовый пух» – один из сильных загрязнителей среды в населенных пунктах. Если насаждения ив создаются вблизи сельхозугодий или линейных сооружений с нарушенным почвенным покровом (трассы ЛЭП, дороги), то в этих условиях сравнительно легко происходит естественное семенное возобновление ив, и они становятся засорителями. В перспективе, если ивы станут объектами генной инженерии, нужно также учитывать виртуальную опасность генетического загрязнения среды семенами и пыльцой. Поэтому следует формировать насаждения из клонов одного пола (или женские, или мужские клоны) и стерильных клонов.
Все рассмотренные схемы размещения клонов возможны при
посадке вручную, что требует не только высоких трудозатрат, но и достаточной
квалификации рабочих. Однако, на наш взгляд, эти затраты окупаются высокой
устойчивостью насаждений без снижения их продуктивности и при минимальном
использовании удобрений и средств химической защиты. При механизированной
посадке поликлональность достигается чередованием рядов клонов. В таком случае
для создания упрощенных поликлональных насаждений достаточно двух клонов.
ключевые
слова: ивы Salix, биоразнообразие biodiversity, биоэнергетика bioenergy, генетическая безопасность, возобновляемые
источники энергии, культуры ивы, биотопливо, биомасса, энергетические плантации, противоэрозионные
насаждения, рекультивация нарушенных земель, фиторемедиация
© Афонин Алексей Алексеевич
Доктор с.-х. наук, профессор Брянского государственного университета
Зав. лабораторией популяционной цитогенетики НИИ ФиПИ БГУ
e-mail: afonin.salix@gmail.com
главная страница сайта ИВЫ http://afonin-59-salix.narod.ru
близкие ресурсы:
http://darwin200.narod.ru/d_salix.htm
последнее обновление страницы 25.12.2010