Структура разнообразия по вегетативной и генеративной структуре кроны кедра сибирского на плантации с разреженной посадкой

УДК

630*181.65+582.475.2+581.143.4+581.4

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.5.35

Аннотация

Исследования характера и природы разнообразия хозяйственно ценных признаков у лесных древесных видов представляют большой интерес не только с позиций лесной селекции и практического лесоводства, но и с общебиологической точки зрения. В ряду объектов внимания ученых-селекционеров особое место занимают орехоплодные виды, к числу которых принадлежит кедр сибирский. Его введение в культуру путем плантационного выращивания древесины и создания промышленных орехоплодных плантаций позволит в будущем резко снизить хозяйственную нагрузку на природные экосистемы. Цель настоящей работы состояла в анализе структуры разнообразия по росту и генеративному развитию кроны деревьев кедра сибирского на специально созданной плантации, где низкий уровень естественного отбора дает возможность для более результативной селекции на скороплодность, рост и семенную продуктивность. Плантация, расположенная на юге равнинной западносибирской части ареала (юг Томской области), создана из семян кедра местной популяции. Они были высажены в 1977 г. в качестве производственных культур с обычной плотностью (0,75×3 м). В 10-летнем возрасте их рассадили на расстоянии 8×8 м. На основе ретроспективного метода, позволяющего по следам на коре побегов восстановить ход их органогенеза и роста, реконструирована динамика вступления в половую репродукцию 89 модельных деревьев, достигших 40-летнего возраста, проведена сравнительная характеристика вегетативного и генеративного развития кроны. Полученные результаты показывают, что в целом исходная идея о зависимости эффективности отбора от условий, в которых формировалось насаждение, подтверждается. В естественном сомкнутом насаждении многие из выявленных в ходе данного исследования лидеров по плодоношению отстали бы из-за среднего или даже слабого роста и, возможно, не достигли бы репродуктивного возраста. На плантации с разреженной посадкой они сохранились и вышли в лидеры по плодоношению. Раннее начало плодоношения, даже в условиях разреженной посадки, положительно связано со скоростью роста в прегенеративный период онтогенеза (r = +0,65). Уровень различий по генеративному развитию деревьев оказался гораздо выше, чем по вегетативному. Обилие мужских побегов в кроне и относительная протяженность мужского генеративного яруса определялись прежде всего высотой деревьев. На развитие женской генеративной сферы активный рост дерева в высоту, напротив, не имел заметного влияния. Контрастные различия в связях мужской и женской сферы с различными показателями роста являются, по нашему мнению, весьма интересным результатом. Высокие деревья с неширокой кроной наиболее перспективны для селекции на пыльцевую продуктивность, поскольку имеют более протяженный мужской ярус и благодаря этому имеют больше мужских побегов в кроне. Деревья с широкой кроной перспективны для селекции на семенную продуктивность. Однако урожайность не во всех случаях является прямой функцией размера кроны, а зависит от конкретного генотипа дерева. Это подтверждается тем, что в каждой группе (высоких, средних и низких деревьев) есть индивиды высокоурожайные и низкоурожайные, что открывает возможности для селекции на семенную продуктивность в группах, различающихся по уровню роста. Использование расчетного относительного показателя «на 1 м² площади горизонтальной проекции кроны» дало возможность для отбора лучших деревьев по урожайности (сочетающих минимальный размер кроны с количеством шишек на единицу площади кроны) и росту (сочетающих большую высоту и узкую крону).

Финансирование: Работа выполнена при поддержке РНФ (грант № 18-16-00058).

* Статья опубликована в рамках реализации программы развития научных журналов в 2019 г., по материалам XIX Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии – Южный Урал» (25–30 августа 2019 г., г. Челябинск).

Сведения об авторах

С.Н. Велисевич, канд. биол. наук; ResearcherID: N-1661-2015, ORCID: 0000-0003-4929-1681
А.В. Попов, аспирант; ResearcherID: K-7504-2017, ORCID: 0000-0001-7578-2455

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, пр. Академический, д. 10/3, г. Томск, Россия, 634055; e-mail: velisevich@imces.ru, tomskceltic@gmail.com

Ключевые слова

кедр сибирский (Pinus sibirica Du Tour), плантация с разреженной посадкой, рост, половая репродукция, разнообразие, отбор

Для цитирования

Велисевич С.Н., Попов А.В. Структура разнообразия по вегетативной и генеративной структуре кроны кедра сибирского на плантации с разреженной посадкой // Лесн. журн. 2019. № 5. С. 35–47. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.5.35

Литература

1. Авров Ф.Д. Самоопыление, перекрестное скрещивание и свободное опыление кедра сибирского в припоселковом южно-таежном кедровнике // Проблемы кедра: Семеношение и размножение. Томск: Томский науч. центр СО АН СССР, 1990. Вып. 4. С. 3–7. [Avrov F.D. Self-pollination, Cross-breeding and Free Pollination of Siberian Cedar in the Southern Taiga Peri-urban Cedar Forest. Problems of Cedar: Seed-bearing and Reproduction. Tomsk, Tomsk Scientific Center SB RAS USSR, 1990, vol. 4, pp. 3–7].

2. Воробьев В.Н., Воробьева Н.А., Горошкевич С.Н. Рост и пол кедра сибирского. Новосибирск: Наука, 1989. 167 с. [Vorobyov V.N., Vorobyeva N.A., Goroshkevich S.N. Growth and Gender of Siberian Cedar. Novosibirsk, Nauka, 1989. 167 p.].

3. Горошкевич С.Н. Пространственно-временная и структурно-функциональная организация кроны кедра сибирского: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Томск, 2011. 37 с. [Goroshkevich S.N. Spatio-temporal and Structural-functional Organization of the Siberian Cedar Crown: Dr. Biol. Sci. Diss. Abs. Tomsk, 2011. 37 p.].

4. Долголиков В.И. Семенное потомство быстрорастущих деревьев хвойных пород // Выращивание и формирование высокопродуктивных насаждений в южной подзоне тайги / под ред. В.Е. Максимова. Л.: Наука, 1984. С. 55–60. [Dolgolikov V.I. Seed Progeny of the Fast-growing Conifer Trees. Cultivation and Formation of Highly Productive Plantations in the Southern Taiga Subzone. Leningrad, Nauka, 1984, pp. 55–60].
   

5. Progeny of the Fast-growing Conifer Trees. Cultivation and Formation of Highly Productive Plantations in the Southern Taiga Subzone. Leningrad, Nauka, 1984, pp. 55–60].

6. Ирошников А.И. Полиморфизм популяций кедра сибирского // Изменчивость древесных растений Сибири / под ред. Е.Г Минина, А.И. Ирошникова. Красноярск: Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1974. С. 77–103. [Iroshnikov A.I. Polymorphism of Siberian Cedar Populations. Variability of Woody Plants of Siberia. Krasnoyarsk, ILID SB AS USSR, 1974, p. 77–103].

7. Матвеева Р.Н., Милютин Л.И., Буторова О.Ф., Братилова Н.П. Отбор деревьев кедра сибирского высокой репродуктивной способности на географической лесосеменной плантации // Лесн. журн. 2017. № 2. С. 9–20. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.2.9. [Matveyeva R.N., Mil’utin L.I., Butorova O.F., Bratilova N.P. Selection of the Highly Reproductive Siberian Cedar Trees at a Geograрhic Tree Seed Orchard. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2017, no. 2, pp. 9–20].

8. Некрасова Т.П. Биологические основы семеношения кедра сибирского. Новосибирск: Наука, 1972. 272 с. [Nekrasova T.P. Biological Basis of the Siberian Cedar Seed Production. Novosibirsk, Nauka, 1972. 272 p.].

9. Титов Е.В. Плантационное выращивание кедровых сосен: учеб. пособие. Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2004. 165 с. [Titov Ye.V. Plantation Growth of the Cedar Pines: Study Guide. Voronezh, 2004. 165 p.].

10. Титов Е.В. Эффективный метод определения урожайности прививок кедра сибирского // Лесотехн. журн. 2015. № 3. С. 112–122. DOI: 10.12737/14159 [Titov E.V. Effective Method for Determining the Yield of Grafts of Siberian Cedar. Lesotehničeskij žurnal [Forestry Engineering Journal], 2015, no. 3, pp. 112–122]. DOI: 10.12737/14159

11. Шутов И.В. Плантационное лесоводство. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2007. 366 с. [Shutov I.V. Plantation Forestry. SPb, 2007. 366 p.].

12. Яблоков А.С. Лесосеменное хозяйство. М.: Лесн. пром-сть, 1965. 466 с. [Yablokov A.S. Forest Seed Management. Moscow, 1965. 466 p.].

13. Burczyk J., Adams W.T., Shimizu J.Y. Mating Patterns and Pollen Dispersal in a Natural Knobcone Pine (Pinus attenuata Lemmon) Stand. Heredit, 1996. vol. 77, pp. 251–260.

14. El-Kassaby Y.A. Clonal-row vs. Random Seed Orchard Designs: Mating Pattern and Seed Yield of Western Hemlock (Tsuga heterophylla (Raf.) Sarg.). Forest Genetics. 2003, vol. 10, pp. 121–217.

15. Feilberg L., Sоegaard B. Historical Review of Seed Orchards. Forestry Commission Bulletin, 1975, vol. 54, pp. 1–8.

16. Funda T., El-Kassaby Y. A. Seed Orchard Genetics. CAB Reviews, 2012, vol. 7, no. 013, pp. 1–23.

17. Gietrych M. Seed Orchard Designs. Forestry Commission Bulletin, 1975, vol. 54, pp. 25–37.

18. Ho R.H., Schooley H.O. A Review of Tree Crown Management in Conifer Orchards. The Forestry Chronicle, 1995, vol. 71, no. 3, pp. 311–316.

19. Kleinschmit J., Khurana D.K., Gerhold H.D., Libby W.J. Past, Present, and Anticipated Applications of Clonal Forestry. Clonal Forestry II / Ed. by M.R. Ahuja, W.J. Libby. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1993, pp. 9–41. https://doi.org/10.1007/978-3-642-84813-1_2

20. Lindgren D., Karlsson B., Andersson B., Prescher F. Swedish Seed Orchards for Scots Pine and Norway Spruce. Seed Orchard Conference. Umea, Sweden, 2008, pp. 142–153.

21. Matheson A.C., Willcocks K.W. Seed Yield in a Radiata Pine Seed Orchard Following Pollarding. New Zealand Journal Forestry Sciences, 1976, vol. 6, pp. 14–18.

22. Matras J. A Review of the Seed Orchard Programme in Poland. Seed Orchard Conference. Umea, Sweden, 2008, pp. 165–171.

23. Nikkanen T. A Review of Scots Pine and Norway Spruce Seed Orchards in Finland. Seed Orchard Conference. Umea, Sweden, 2008, pp. 195–198.

24. Sala A., Hopping К., McIntire E. J.B., Delzon S., Crone E.E. Masting in Whitebark Pine (Pinus albicaulis) Depletes Stored Nutrients. New Phytologist. 2012, vol. 196, pp. 189–199.

25. Webber J.E. Western Hemlock: A Manual for Tree Improvement Seed Production. Research Branch. B.C. Ministry of Forests and Range. 2000. Work Paper 44. 27 р.

26. Zobel B.J., Barber J., Brown C.L., Perry T.O. Seed Orchards – Their Concept and Management. Journal of Forestry, 1958, vol. 56, pp. 815–825.

Ссылка на английскую версию:

Pattern of Diversity in the Vegetative and Generative Crown Structure of the Siberian Stone Pine on a Seed Orchard with Sparse Tree Planting

PATTERN OF DIVERSITY IN THE VEGETATIVE AND GENERATIVE CROWN STRUCTURE OF THE SIBERIAN STONE PINE ON A SEED ORCHARD WITH SPARSE TREE PLANTING*

S.N. Velisevich, Candidate of Biology; ResearcherID: N-1661-2015, ORCID: 0000-0003-4929-1681
A.V. Popov, Postgraduate Student; ResearcherID: K-7504-2017, ORCID: 0000-0001-7578-2455

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (IMCES SB RAS), prosp. Akademicheskiy, 10/3, Tomsk, 634055, Russian Federation; e-mail: velisevich@imces.ru, tomskceltic@gmail.com

Studies of the diversity of economically valuable traits in forest tree species are of great interest not only for forest selection and practical silviculture, but also important as a general biological problem. Among the objects of attention of breeders, a special place is occupied by cone-bearing species such as Siberian stone pine. Its cultivation through the forest tree plantations for wood and for cone-bearing will allow in the future to reduce the damage for natural ecosystems significantly. The purpose of this work was to analyze the structure of diversity in growth and generative development of the Siberian stone pine crown on a specially created plantation, where a low level of natural selection makes it possible to more efficiently select for early reproduction, growth and seed productivity. This plantation is located in the south of the area (Western Siberia, south of Tomsk region). It was created from stone pine seeds of the local population, that were sown in 1977 as forest crops with standard density (0,75 х 3 м). At the age of 10, they were planted out at a distance of 8 x 8 m. The vegetative and generative development of 89 trees aged 40 years was analyzed. We used a retrospective method that allows reconstructing of the tree organogenesis and growth on the scars on the bark of the shoots. The start of sexual reproduction has been reconstructed; a comparative characteristic of the vegetative and generative development of the tree crown has been carried out. The results show that, in general, the initial idea of the dependence of the efficiency of selection on the conditions in which the trees were formed is confirmed. In the natural dense stands, many of the leader trees in cone-bearing, which we found in our study, could fall behind due to slow growth and did not live to reproductive age. On the plantation where sparse tree planting was applied, they survived and became the leaders in cone-bearing. Early start of reproduction, even under conditions of sparse tree planting, is positively correlated with the growth rate in the pre-generative period of ontogenesis (r = + 0.65). The level of variations in the generative development of trees was much higher than in the vegetative one. The abundance of male shoots in the crown and the relative length of the male generative zone of crown were determined primarily by the height of the trees. On the contrary, the active growth of the tree in height did not have a noticeable influence on the development of the female shoots and the female generative zone of crown. Contrasting differences in the traits of male and female crown development with growth traits are very interesting result, in our opinion. Tall trees with a narrow crown are most promising for pollen productivity breeding, since they have a longer male generative zone and because of this they have more male shoots in the crown. Trees with a broad crown are promising for seed production breeding. Although seed productivity is not in all cases a direct function of the size of the crown, but depends on the specific genotype of the tree. This is confirmed by the fact that in each group (high, medium and low trees) there are individuals of high-cone-bearing and low-cone-bearing, which is promising for seed production breeding in groups of different growth levels. Using the calculated relative traits «1 m2 of the area of the horizontal projection of the crown onto the ground surface» made it possible to select the best trees for seed production (combining the minimum size of the crown with the number of cones per unit area of the crown) and growth (combining greater height and narrow crown).

For citation: Velisevich S.N., Popov A.V. Pattern of diversity in the vegetative and generative crown structure of the siberian stone pine on a seed orchard with sparse tree planting. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 5, pp. 35–47. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.5.35

Funding: This work is supported by the Russian Science Foundation under grant no. 18-16-00058.

⃰ The article is published within the framework of implementation of the scientific journals development program in 2019, based on proceedings of XIX International conference of the young scholars “Forests of Euro-Asia – The Southern Ural” (August 25-30, 2019. Chelyabinsk).

Keywords: Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour), seed orchard, sparse tree planting,growth, sexual reproduction, diversity, selection.

Поступила 02.08.19 / Received on August 2, 2019