с 01.01.2018 по 01.01.2025
Россия
Воронеж, Россия
Воронеж, Россия
В условиях сокращения лесных массивов в мире актуальным становится вопрос быстрого лесовосстановления, для чего необходимо подобрать ассортимент лесных древесных пород с улучшенными наследственными качествами, обладающими высокими темпами роста. Для получения качественных лесных насаждений в наиболее короткие сроки перспективным является использование посадочного материала с закрытой корневой системой, что позволяет повысить приживаемость растений до 100 % при посадке. Объектами исследования являлись экземпляры гибрида Populus alba L. х Populus tremula L., размноженные в условиях in vitro в лаборатории анализа ПЦР НИИ «Инновационных технологий и лесного комплекса» ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова. Исследования проводили в период с мая 2024 по ноябрь 2024 года на территории АО ПКВО: 394087, Воронежская область, г. Воронеж, ул. Учебный кордон, д. 5А. В ходе исследования определялась биологическая продуктивность растений, выращиваемых в разных видах контейнеров в теплице и на площадке закаливания. Биометрические измерения посадочного материала включали в себя: определение высоты, диаметра, сухой массы стебля и корня, количества листьев, длины корней исследуемых растений. В результате статистической обработки установлено, что наилучший результат по биометрическим показателям продемонстрировали растения, выращиваемые в контейнерах Hiko V-150 и Hiko V-265, наихудший в Hiko V-120, саженцы в контейнерах P9 занимают промежуточное положение, но не обеспечивают рациональное использование площади. Для производства крупномерных саженцев гибрида Populus alba L. х Populus tremula L. с ЗКС в июне рекомендована в пересадка растений из кассет в технологические горшки 2 л. Саженцы данного вида эффективнее выращивать в теплице, однако следует учитывать, что такой посадочный материал лучше высаживать весной, поскольку растения не проходят фазы закаливания.
in vitro, закрытая корневая система, теплица, площадка закаливания, посадочный материал, кассеты, контейнеры
Текст (PDF): Читать Скачать
Текст (PDF): Читать Скачать
Текст (PDF): Читать Скачать
Текст (PDF): Читать Скачать
нтенсификация лесного хозяйства Российской Федерации и развитие плантационного лесоводства обусловливают необходимость повышения эффективности воспроизводства лесных ресурсов. Ключевым элементом решения этой задачи является научно обоснованный подбор древесных пород с улучшенными наследственными свойствами, такими как ускоренный рост, высокая продуктивность биомассы и значительный потенциал секвестрации углерода [1,2].
Ведущая роль в данном процессе отводится современной биотехнологии, интегрирующей методы молекулярной биологии, генной и клеточной инженерии. Широкое практическое применение нашел метод клонального микроразмножения in vitro, позволяющий тиражировать селекционные достижения путем массового производства генетически однородного посадочного материала [3]. Мировой опыт подтверждает, что основой интенсивного лесовосстановления является разработка технологий получения высококачественных саженцев, устойчивых к абиотическим и биотическим стрессорам. Эффективным решением является использование посадочного материала с закрытой корневой системой (ЗКС), что, как демонстрирует практика скандинавских стран, обеспечивает высокую приживаемость и способствует созданию высокопродуктивных насаждений в сжатые сроки [4,5].
Внедрение интенсивной модели актуализирует разработку научно-обоснованных требований к посадочному материалу с ЗКС [6,7]. Одновременно с совершенствованием агротехник актуальной задачей остается селекция древесных пород. Перспективным направлением является создание гибридных форм тополей (Populus L.), сочетающих высокие темпы роста с устойчивостью к стрессам. Использование таких клонов позволяет существенно повысить продуктивность лесных плантаций [8].
Тополь (Populus L.) относится к числу наиболее быстрорастущих деревьев умеренных широт, имеющих значительное коммерческое значение [1]. Таксономически род представляет собой экологически пластичную группу двудомных растений, широко распространенную в Северном полушарии. Высокая адаптивность видов рода к различным почвенно-климатическим условиям обуславливает их ареал от бореальных до аридных зон [9].
Хозяйственная ценность тополя определяется исключительно высокими темпами роста и универсальными свойствами древесины. Мировой объем ее заготовки достигает приблизительно 20 млн м³ в год, что делает тополь ключевым ресурсом для целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и биоэнергетической отраслей. Помимо производственной функции, тополевые насаждения выполняют важные средообразующие и экосистемные услуги, включая ремедиацию нарушенных земель, предотвращение эрозии почв и секвестрацию углерода [10].
Мировая площадь лесов с преобладанием тополя составляет около 59 млн га, из которых 31,4 млн га занимают целевые высокопродуктивные плантации. Распределение посадок по целям использования демонстрирует их многофункциональность: 61% предназначен для производства круглых лесоматериалов, 23% – для охраны окружающей среды, 9% – для получения топливной древесины и 7% – для иных целей [11]. Данная статистика подчеркивает стратегическую роль рода Populus в модели интенсивного устойчивого лесного хозяйства, сочетающей экономическую эффективность с экологической стабильностью [12-14].
Анализ современных исследований подтверждает комплексное влияние параметров посадочных емкостей на развитие корневой системы и надземной части растений. Установлена прямая корреляция между объемом контейнера и ключевыми морфометрическими показателями саженцев. При этом критически важными являются не только объемные характеристики, но и конструктивные особенности емкостей, определяющие архитектонику корневой системы.
Экспериментальные данные демонстрируют видовую специфичность оптимальных объемов контейнеров. Например, исследования на австралийском кедре (Toona ciliata) выявили преимущества кассетных трубок объемом 288 см³ [15,16], в то время как для Dipteryx alata максимальные результаты были достигнуты в контейнерах объемом 820 см³ [17,18].
Конструктивные особенности емкостей оказывают существенное влияние на формирование корневой системы. Традиционные гладкостенные контейнеры часто провоцируют развитие структурных дефектов корней (спутывание, кольцевание). В отличие от них, контейнеры с системой воздушной подрезки способствуют формированию разветвленной мочковатой корневой системы без патологических деформаций, что значительно повышает приживаемость саженцев после высадки в открытый грунт [19].
Параметры микроклимата в рассадном комплексе также модулируют эффективность использования объема контейнера. Исследования показали, что применение контролируемого затенения позволяет создавать оптимальные условия для развития сеянцев, минимизируя транспирационный и световой стресс на критических стадиях органогенеза [20].
Таким образом, оптимизация параметров посадочных емкостей с учетом биологических особенностей целевых видов представляет собой необходимое условие для производства высококачественного посадочного материала. Перспективным направлением современных исследований является разработка специализированных контейнерных систем, обеспечивающих формирование оптимальной архитектоники корневой системы при различных технологических режимах выращивания. Комплексный подход, сочетающий оптимизацию параметров ЗКС с использованием генетически улучшенного посадочного материала, создает основу для устойчивого лесовосстановления и плантационного лесовыращивания в условиях интенсификации лесного хозяйства.
Целью данной работы является установление оптимальных характеристик размеров кассет и контейнеров и разработка технических требований для выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой гибрида Populus alba L. х Populus tremula L., полученного методом клонального микроразмножения, для применения при реализации лесоклиматических проектов.
Материалы и методы
Объект и предмет исследований
Объектами исследования являлись экземпляры гибрида Populus alba L. х Populus tremula L., размноженные в условиях in vitro в лаборатории анализа ПЦР НИИ «Инновационных технологий и лесного комплекса» ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова.
Рисунок 1. Схема опыта
Figure 1. The experiment’s scheme
Источник: собственная композиция авторов
Source: author’s composition
В ходе исследования определялась биологическая продуктивность растений, выращиваемых в разных видах кассет и контейнеров. Биометрические измерения посадочного материала включали в себя: определение высоты, диаметра, сухой массы стебля и корня, количества листьев, длины корней исследуемых растений.
Микрорастения гибрида тополя белого на осину Populus alba L. х Populus tremula L., полученные в культуре in vitro, на первом этапе были высажены в пластиковые кассеты с различным объёмом и густотой:
-Hiko V-120 SideSlit Д х Ш х В 352 х 216 х110 мм, 526 ячейки/м2, в кассете – 40 шт., объем ячейки - 120 см3,
-Hiko V-150 Д х Ш х В 352 х 216 х 100 мм; 316 ячейки/м2, в кассете – 24 шт., объем ячейки -150 см3,
-Hiko V-265 Д х Ш х В 352 х 216 х150 мм, 368 ячеек/м2, в кассете – 28 шт., объем ячейки - 265 см3,
-контейнеры Р9 Д х Ш х В 90 х 90 х 100 мм, 100 шт./м2, объем 500 см3.
На первом этапе растения в данных контейнерах выращивались в теплице. На втором этапе из кассет и контейнеров часть растений пересадили в контейнеры объемом 2 л (С2). Далее эти переконтейнерованные саженцы разделили на две партии, одну из которых оставили в теплице, а другую перенесли на площадку закаливания. Партию, оставленную в кассетах, доращивали в условиях теплицы.
На рисунке 1 приведено схематическое описание вариантов опыта.
Закладку экспериментов, сбор материалов полевых исследований и апробирование комплекса агротехнических мероприятий выращивания посадочного материала с закрытой корневой, камеральную обработку полевых данных проводили в период с мая 2024 по ноябрь 2024 года на территории АО ПКВО: 394087, Воронежская область, город Воронеж, улица Учебный кордон, дом 5А.
При планировании и постановке опытов следовали общеметодологическим рекомендациям [1]. У растений, выращиваемых в контейнерах, линейкой измерялись: высота от начала прироста диаметр стволика измерялся штангенциркулем у основания прироста. Сырая и сухая масса листьев, побегов и корней определялась после сушки в сушильном шкафу Binder (Германия) до абсолютно сухого состояния путем взвешивания на электронных лабораторных электронных весах Ohaus (США). Определение массы сырых и сухих корней проводилось взвешиванием с точностью до 0,01 г.
Для установления влияния отдельных факторов на основные биометрические показатели растений были выполнены: однофакторный дисперсионный и корреляционно-регрессионный анализы. Для определения существенности различий средних рассчитывали критерий Фишера (F).
Статистическая обработка результатов замеров побегов проводилась с использованием специальных программ: Excel 2015, Statistica 10.0, Stadia 8.2 с установлением средней величины, ошибки, точности и достоверности опыта.
Результаты
Наблюдения за ростом и развитием саженцев гибридного тополя белого на осину Populus alba L. х Populus tremula L. (далее гибрид тополя) на начальном этапе (май 2024 г.) выращивания и статистическая обработка данных биометрических показателей, позволили получить ряд значимых результатов (таблица 1).
На данном этапе онтогенеза наибольшая высота растений гибрида тополя зафиксирована в кассетах Hiko V-265 (14,7±0,9 см) с самой большой высотой ячейки -150 мм, на втором месте - растения в Hiko V-120 и контейнере Р9 (высота ячейки 100 мм), которые продемонстрировали близкую высоту -12,5 см и 12,8 см соответственно. Вариант в кассете Hiko V-150 (10,1±0,7 см) уступает по средней высоте, в данном варианте были зафиксированы самые низкие по сравнению с другими максимальные и минимальные значения (7,6-14,4 см). Уровень изменчивости во всех вариантах достаточно высокий (Cv=14,5-23,3 %), что вероятно связано с постпересадочным стрессом и индивидуальными процессами адаптации растений.
В рамках эксперимента было проведено сравнение высоты саженцев между собой с использованием дисперсионного анализа, который продемонстрировал достоверные отличия (Р>0,05) по высоте у всех вариантов опыта, кроме 1 и 4.
Таблица 1
Биометрические показатели контейнеризированных саженцев гибрида тополя на начальном этапе
Table 1
Biometric indicators of containerized poplar hybrid seedlings at the initial stage
|
Варианты опытов | Experimental options |
Высота, см | Height, cm |
Диаметр корневой шейки, мм | Diameter of the root neck, mm |
Количество листьев, шт. | Number of leaves, pcs. |
Сухой вес надземной части, г | Dry weight of the aboveground part, g |
Сухой вес корней, г | Dry weight of roots, g |
|||||
|
М±mм |
Cv,% |
М±mм |
Cv, % |
М±mм |
Cv, % |
М±mм |
Cv,% |
М±mм |
Cv,% |
|
|
Hiko V-120 |
12,5±1,2 |
14,5 |
1,8±0,33 |
23,0 |
8±0,8 |
31,3 |
0,21±0,03 |
33 |
0,07±0,01 |
42 |
|
Hiko V-150 |
10,1±0,7 |
21,3 |
1,6±0,11 |
23,2 |
7,7±0,1 |
24,5 |
0,16±0,03 |
50 |
0,06±0,01 |
50 |
|
Hiko V-265 |
14,7±0,9 |
19,7 |
1,9±0,19 |
32,9 |
8,8±0,4 |
13,8 |
0,25±0,05 |
60 |
0,2±0,08 |
40 |
|
Р9 |
12,8±0,7 |
23,5 |
1,8±0,13 |
22,8 |
10,5±0,5 |
16,2 |
0,35±0,04 |
40 |
0,14±0,02 |
42 |
Примечание: М – Среднее; mм – Ошибка среднего; Cv – коэффициент вариации
Note: M – Medium; mм – Medium error; Cv – Coefficient of variation
Источник: собственные вычисления авторов
Source: own calculations
Средние показатели диаметра у исследуемых растений продемонстрировали аналогичную тенденцию, что и в случае с высотой. Максимальные значения были у саженцев в Hiko V-265, (1,9±0,19 мм), минимальные в Hiko V-150 (1,6±0,11 мм) и одинаковые в остальных двух вариантах (1,6±0,11 мм). Однако, различия достоверны лишь в случае с Hiko V-150 и Р9. Вариация средних значений по данному признаку также высокая (С=22,8-32, 9).
При анализе среднего количества листьев, максимальное количество зафиксировано в Р9 (10,5±0,5 шт), где самая низкая густота (100 шт /м2), минимальное установлено в Hiko V-150 -7,7±0,11 шт (316 шт/ м2), промежуточное же положение занимают варианты в Hiko V-120 (8±0,8 шт) (526 шт/м2) и Hiko V-265 (8,8±0,4 шт) (368 шт/ м2), что не подтверждает прямую зависимость количества листьев от густоты размещения растений.
Расчет дисперсий и сравнение по Фишеру подтвердило наличие достоверных различий между средними значениями количества листьев в варианте Р9 и другими вариациями. Достоверные отличия зафиксированы между вариантами Hiko V-265 и Hiko V-150. В остальных комбинациях достоверных отличий нет.
Определение сухой массы надземной части и корней на данном этапе роста саженцев является очень важным и зачастую более точным способом определения общей продуктивности растения. Самые высокие результаты по данному показателю продемонстрировали варианты: в контейнере Р9 0,35±0,04 г/0,14±0,02 г (сухая масса надземной/сухая масса корней) и в кассетах с наибольшим объемом ячейки - Hiko V-265 - 0,25±0,05 г/0,2±0,08 г, самая низкая продуктивность выявлена в варианте Hiko V-150 0,16±0,03/0,07±0,01 г.
На диаграмме (рисунок 2) приведено соотношение сухой надземной массы и сухой массы корней.
В вариантах Hiko V-120, Hiko V-150 и Р9 продемонстрирована близкая тенденция – масса надземной части практически в 3 раза выше, чем сухая масса корней. Это связано в первую очередь с особенностями роста и развития саженцев на данном этапе онтогенеза, когда в первую очередь идет формирование фотосинтетического аппарата. В варианте с наибольшей средней высотой саженца Hiko V-265 данные параметры наиболее сбалансированы (55 % к 45%).
Рисунок 2. Процентное соотношение сухой массы надземной и подземной частей
Figure 2. Percentage of the dry mass of the aboveground and underground parts
Источник: собственная композиция авторов
Source: author’s composition
На диаграмме (рисунок 3) приведено соотношение сухой надземной массы (стебля и листьев) и сухой массы корней относительно сухой массы всего растения. В Hiko V-120 сухая масса надземной части и корней соответственно составила 60 %/50 % от самого продуктивного варианта (Р9). Различия в случае с надземной частью достоверны в большинстве сравниваемых парах, кроме Hiko V-120 и Hiko V-265, что подтверждает сходство вариантов по указанным признакам.
Рисунок 3. Соотношение сухой массы надземной части и сухой массы корней к массе всего растения
Figure 3. The ratio of the dry mass of the aboveground part and the dry mass of the roots to the mass of the entire plant
1. Романов Е.М. Воспроизводство лесов в новой стратегии перехода к устойчивому развитию лесного сектора России // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. – 2021. – № 1(49). – С. 5-22. – DOI:https://doi.org/10.25686/2306-2827.2021.1.5.
2. Савченкова В.А., Васильев С.Б., Никитин В.Ф., Аксенов П.А. Продуктивность лесных плантационных насаждений // Известия вузов. Лесной журнал. – 2021. – № 1. – С. 35-45. – DOI:https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-1-35-45.
3. Самарская В.О., Малаева Е.В., Постнова М.В. Аспекты клонального микроразмножения и сохранения растений in vitro // Природные системы и ресурсы. – 2019. – Т. 9, № 3. – С. 13-22. – DOI:https://doi.org/10.15688/nsr.jvolsu.2019.3.2.
4. Nawaz M., Sun J., Shabbir S., Khattak W.A., Ren G., Nie X., Bo Y., Javed Q., Du D., Sonne C. A review of plants strategies to resist biotic and abiotic environmental stressors // Science of The Total Environment. – 2023. – Vol. 900. – P. 165832. – DOI:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165832.
5. Kakimzhanova A.A., Zhagipar F.S., Naziran F. Optimization of microclonal propagation conditions for increasing the multiplication factor of poplar microshoots // Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Серия: Биологические науки. – 2019. – № 1(126). – P. 57-65. – DOI:https://doi.org/10.32523/2616-7034-2019-126-1-57-65.
6. Бобушкина С.В., Сеньков А.О., Файзулин Д.Х. Практика выращивания лесного посадочного материала с закрытой корневой системой применительно к тепличным комплексам Архангельской области // Вопросы лесной науки. – 2020. – Т. 3, № 4. – С. 1-16. – DOI:https://doi.org/10.31509/2658-607x-2020-3-4-1-16.
7. Михайлов К.Л., Демина Н.А. Экономическое обоснование и прогноз инвестирования в выращивание посадочного материала хвойных пород деревьев // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2024. – № 2(42). – С. 64-68.
8. Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Каганов В.В. Экосистемные услуги и пространственное распределение защитных лесов Российской Федерации // Лесоведение. – 2021. – № 6. – С. 581-592. – DOI:https://doi.org/10.31857/S0024114821060115.
9. Авдеева Е.В., Ровных Н.Л., Иванов Д.В., Сухенко Н.В., Кухар И.В., Калинин М.Д. Российский и мировой опыт выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой // Хвойные бореальной зоны. – 2022. – Т. 40, № 4. – С. 250-258.
10. Bonnin S.M., Alvarez J.A., Faustino L.I., Graciano C. Revealing the physiological basis of forester’s choice of poplar clones (Populus spp.) // iForest. – 2024. – Vol. 17. – P. 156-164. – DOI:https://doi.org/10.3832/ifor4433-017.
11. Blonskaya L., Sultanova R., Muftakhova S., Martynova M., Konashova S., Sabirzyanov I., Odintsov G. Biological indices of Bashkir Lombardy poplar (Populus nigra L. × Populus nigra var. italica Du Roi) in urban landscapes // Bulgarian Journal of Agricultural Science. – 2019. – Vol. 25, No. S2. – P. 30-36.
12. Gudynaitė-Franckevičienė V., Pliūra A. Performance and Genetic Parameters of Poplar Hybrids and Clones in a Field Trial Are Modified by Contrasting Environmental Conditions during the Vegetative Propagation Phase // Plants. – 2022. – Vol. 11(18). – P. 2401. – DOI:https://doi.org/10.3390/plants11182401.
13. da Mota Porto A.C., Novaes E. Prediction of current and future environmental suitability for Toona ciliata cultivation in Brazil // Discover Forests. – 2025. – Vol. 1. – P. 27. – DOI:https://doi.org/10.1007/s44415-025-00029-w.
14. dos Santos K.D.G., de Melo Ferreira W., Silva K.L.F. et al. Germination and initial development of Dipteryx alata Vogel (Fabaceae) in two “Cerrado” areas: a step toward its use in reforestation programs // Brazilian Journal of Botany. – 2018. – Vol. 41. – P. 415–424. – DOI:https://doi.org/10.1007/s40415-018-0453-0.
15. Thomas B.R., Schreiber S.G., Kamelchuk D.P. Impact of planting container type on growth and survival of three hybrid poplar clones in central Alberta, Canada // New Forests. – 2016. – Vol. 47. – P. 815–827. – DOI:https://doi.org/10.1007/s11056-016-9546-4.
16. Huang C., Lin L., Chen F., Wang X., Shi M., Chen L., Yang X., Dong X., Zhang M. Shading Effects on the Growth and Physiology of Endangered Hopea hainanensis Merr. & Chun Seedlings // Forests. – 2025. – Vol. 16(7). – P. 1193. – DOI:https://doi.org/10.3390/f16071193.
17. Evlakov P., Tseplyaev A., Popova A., Zapletin V., Ryzhkova V., Repnikova L., Zhuzhukin K. Influence of Container Volume and Cuttings Size on the Growth Parameters of Seedlings with a Closed Root System of Two Poplar Genotypes in the Voronezh Region // International Journal of Plant Biology. – 2025. – Vol. 16, No. 2. – P. 49. – DOI:https://doi.org/10.3390/ijpb16020049.
18. Ersson B.T., Laine T., Saksa T. Mechanized tree planting in Sweden and Finland: Current state and key factors for future growth // Forests. – 2018. – Vol. 9, No. 7. – P. 370. – DOI:https://doi.org/10.3390/f9070370.
19. Holden S.R., Treseder K.K. A meta-analysis of soil microbial biomass responses to forest disturbances // Frontiers in Microbiology. – 2013. – Vol. 4. – P. 163. – DOI:https://doi.org/10.3389/fmicb.2013.00163.
20. Reid W.V., Mooney H.A. The millennium ecosystem assessment: testing the limits of interdisciplinary and multi-scale science // Ecology, Economy and Society. – Singapore: Springer Singapore, 2018. – P. 49-61. – DOI:https://doi.org/10.1007/978-981-10-5675-8_4.
