CC BY
196
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ЭКОЛОГИЯ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОРУБОЧНЫХ ОСТАТКОВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТОРФЯНЫХ СУБСТРАТОВ
при выращивании сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой
М.И. ЗАЙЦЕВА, каф. водоснабжения, водоотведения и гидравлики Петрозаводского ГУ,
Е.В. РОБОНЕН, вед. физик Института леса КарНЦ РАН,
Н.П. ЧЕРНОБРОВКИНА, доц., Институт леса КарНЦ РАН, д-р биол. наук
[email protected]; [email protected]; [email protected]
Леса в Карелии занимают значительные территории и составляют сырьевую основу развития лесозаготовительной и деревообрабатывающей промышленности. Лесопромышленное производство должно базироваться на комплексном использовании древесного сырья[1]. При рубке на лесосеке образуются отходы древесины - порубочные остатки. К ним относят сучья, ветви, вершины и обломки стволов деревьев. В большом количестве представлена древесная зелень лиственных пород - березы, ольхи, ивы, осины. При существующих способах переработки древесного сырья в России полезно используется около половины биомассы дерева. Основные потери приходятся на древесную зелень (лесосечные отходы) - 20-25 %, кору, опилки и стружки (отходы лесопиления) - 20-25 % от общей массы [2]. Способы очистки мест рубок выбирают в зависимости от лесорастительных условий, с учетом технологии лесозаготовительных и лесовосстановительных работ. В Карелии в настоящее время внедряются новые технологии, что позволяет сокращать количество древесных отходов, образующихся в процессе лесозаготовки.
Расчетная лесосека в целом по Республике Карелия составляет около 10 млн м3. Согласно Лесному плану Республики Карелия, разработанному на период с 2009 по 2018 гг., освоение технически доступной древесины будет производиться в объеме 9,9 млн м3 , в том числе сплошнолесосечными рубками в эксплуатационных лесах 5,4 млн м3, выборочными рубками в защитных лесах - 2,5 млн м3, рубками ухода - 2,0 млн м3 [3]. Это приведет к образованию значительного количества древесных отходов. Оставленные в лесу дре-
весные отходы являются источником возникновения лесных пожаров, способствуют размножению энтомовредителей, провоцируют грибные заболевания, что может приводить к ослаблению и даже гибели насаждений на территории. В то же время порубочные остатки являются неиспользованным биоресурсом, проблема их утилизации требует решения. Одним из путей решения проблемы является их использование в комплексе с торфом и другими компонентами для приготовления субстратов, которые необходимы при выращивании сеянцев древесных растений.
Для постоянно действующих лесопитомников очень важен вопрос правильного восстановления и повышения плодородия почв. Внесение органических и минеральных удобрений и известкование почвы значительно ускоряет рост и развитие сеянцев [4]. Выращивание посадочного материала хвойных пород в теплицах, как правило, проводится на субстратах из верхового слаборазло-жившегося торфа. Такой субстрат считается наиболее подходящим для выращивания сеянцев хвойных пород с закрытой корневой системой (ЗКС) [5]. Чрезмерная кислотность торфа сильно замедляет нитрификацию, растения страдают также и от недостатка кальция, магния и других элементов питания. Указанные особенности торфяного субстрата определяют необходимость его известкования и внесения комплексных удобрений [4]. Рациональная система удобрения должна предусматривать максимальное вовлечение всех местных сырьевых ресурсов. Проведенные ранее исследования по выращиванию сеянцев сосны обыкновенной с ЗКС показали, что использование плавленого фосфорномагниевого удобрения (ПФМУ), полученного
4
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ЭКОЛОГИЯ
на основе минерального сырья Карелии, в качестве основной заправки субстрата из верхового сфагнового торфа весьма эффективно на фоне внесения азотного и калийного удобрений [6]. Целесообразным является использование органических удобрений, являющихся и источником элементов питания и средообразующим компонентом.
Для повышения плодородия почв и приготовления тепличных субстратов рекомендуется вносить в соответствующих дозах местные удобрения с высоким содержанием органических веществ: навоз, птичий помет, торф, сапропель, компосты, приготовленные на основе этих удобрений, а также древесных отходов, осадков сточных вод, твердых бытовых отходов [7]. Неоднократно специалистами поднимался вопрос о более активном использовании органических удобрений в лесном хозяйстве. В работе Р.К. Саляева с соавторами было показано, что органическое удобрение на основе торфа с добавлением отходов животноводства значительнее сказывается на росте хвои, корней и всего сеянца в целом, чем внесение полного минерального удобрения [8]. Доза и соотношение элементов питания в субстрате должны соответствовать требованиям вида, особенностям субстрата, условиям выращивания.
Качество сеянцев и саженцев характеризуется их высотой (H), диаметром корневой шейки (d), степенью заложения почки, степенью развития массы растения и соотношения их частей. При выращивании сеянцев с закрытой корневой системой использование соотношения надземной и подземной частей как показателя качества посадочного материала затруднено, поскольку рост корневой системы заведомо ограничен объемом ячейки. Различия в массе сеянцев объясняются в основном различиями в приросте надземной части. Масса каждого органа растения связана аллометрическими соотношениями с его линейными размерами, что позволяет для характеристики качества сеянцев ограничиться измерением линейных размеров. Рост и новообразование различных органов идет за счет усвоения и реализации элементов почвенного питания, перераспределения пластических веществ в
растении и использования запасных веществ семени. Последнее важно для сеянцев первого года. Рост гипокотиля, при благоприятных внешних условиях (температура, влажность, освещенность), обеспечивается запасными веществами семени. Его высота слабо связана или вовсе не связана с внешней обеспеченностью элементами питания, является величиной достаточно постоянной. От обеспеченности элементами питания в большей степени зависит длина части стволика сеянцев от окончания гипокотиля до верхушечной почки (Н) (охвоенная часть) и диаметр корневой шейки (d). Именно эти параметры целесообразно рассматривать как показатели качества сеянцев при исследованиях режима питания.
В современных условиях требованиям ресурсосбережения отвечает комплексное использование и утилизация отходов, в частности, может оказаться эффективной технология приготовления субстратов с использованием порубочных остатков, осадков сточных вод и других компонентов для выращивания сеянцев хвойных пород с ЗКС. Использование древесных отходов, в отличие от отходов коммунального хозяйства, не связано с трудностями в плане выполнения санитарно-гигиенических требований. Проблема состоит в том, чтобы путем механической обработки и компостирования обеспечить определенную структуру материала.
Необходимо учитывать, что малообъемные технологии выращивания растений предъявляют повышенные требования к качеству питательного субстрата, его физикохимическим характеристикам. Это высокая влагоемкость, небольшая насыпная плотность, аэрируемость, буферность, высокая сорбционная способность. При выращивании сеянцев хвойных пород необходимо, чтобы субстрат обладал устойчивой структурой, которая в течение двух-трех лет не поддавалась бы существенно действию микробиологического разложения. Такими свойствами обладает верховой сфагновый торф [9]. Благодаря наличию большого количества крупных и мелких пор торфяной субстрат обеспечивает благоприятный для корней растений водновоздушный режим. Исследования динами-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010
5
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ЭКОЛОГИЯ
ки физических свойств тепличного грунта показывают, что грунт из верхового торфа в течение трех лет сохраняет структуру, рыхлое сложение [9]. Выбирая материалы для приготовления сложных субстратов на основе верхового сфагнового торфа, необходимо учитывать, что физико-химические свойства полученного продукта не должны при этом ухудшиться. Субстрат должен обеспечивать необходимый водно-воздушный и питательный режим корневой системы сеянцев.
Цель данной работы - изучение возможности использования порубочных остатков в качестве составной части субстрата для выращивания сеянцев хвойных пород с закрытой корневой системой.
Эксперименты по испытанию субстратов, приготовленных с использованием порубочных остатков, для выращивания посадочного материала хвойных пород с ЗКС, проводили на базе лесопитомнического комплекса Петрозаводского лесхоза в условиях защищенного грунта. Испытывали субстраты, составленные из верхового сфагнового торфа и переработанных древесных отходов. Сеянцы сосны обыкновенной с закрытой корневой системой выращивали в жестких пластмассовых кассетах типа Plantek 121. В экспериментах использовали древесные отходы, переработанные в лабораторных условиях. Для получения древесных отходов (древесной зелени) были выбраны: береза повислая (Betula pendula Roth), ольха серая (Alnus incana L), ива козья (Salix caprea L.). Кроме того, в схему эксперимента включили травянистое растение - рогоз широколистный (Typha latifolia L.). Рогоз был выбран как растение, перспективное при проведении работ по очистке загрязненных земель. Рогоз является растением-биофильтром, эффективно поглощающим углеводороды нефти, ряд тяжелых металлов из загрязненной почвы и с ее поверхности [10]. При широком использовании растений-биофильтров неизбежно встанет проблема их утилизации.
Испытуемый растительный материал подвергали следующей предварительной обработке. В конце мая заготавливали облиственные побеги березы, ольхи и ивы, стебли с листьями рогоза. В целях сокращения време-
ни компостирования листья отделяли от побегов и стеблей, слегка смачивали водой, затем помещали в черные полиэтиленовые мешки и выдерживали в теплом помещении (температура 30-35 °С). Через неделю перепревшие листья измельчали с помощью дезинтегратора ручного типа. Ветки высушивали с помощью электросушилки «Суховей», измельчали на роторном лабораторном дезинтеграторе до стадии опилок с размером частиц не более 2 мм. Переработанные листья и ветки смешивали и вновь упаковывали в мешки на две недели. Материал упаковывали неплотно, так, чтобы он не пересыхал, но доступ воздуха сохранялся. Периодически производили перемешивание материала, обеспечивая аэрацию. Торф заправляли доломитовой мукой (2 г/литр). В последнюю декаду июня готовили субстрат из торфа с различным объемным процентным содержанием переработанной древесной зелени согласно схеме, представленной в таблице.
Вариант субстрата № 1 представлял собой чистый торф, заправленный доломитовой мукой. Этот вариант был принят в качестве контроля. Отсутствие основной заправки в нем компенсировалось подкормками, которые начали вносить после высева семян.
В конце июня кассеты, наполненные приготовленным субстратом и засеянные семенами сосны обыкновенной и ели европейской, выставляли в теплицу, где был обеспечен полив и подкормка жидкими удобрениями типа Superex согласно стандартной технологии выращивания.
Таблица
Схема приготовления субстрата из торфа и переработанной древесной зелени
№ вар. Древесная зелень То рф
мл % об. мл % об.
1 0 0,0 1000 100,0
2 63 6,5 938 93,5
3 125 12,3 875 87,7
4 188 18,7 813 81,3
5 250 24,8 750 75,2
6 313 31,0 688 69,0
7 375 37,5 625 62,5
8 438 43,8 563 56,2
9 500 50,0 500 50,0
6
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ЭКОЛОГИЯ
Содержание в субстрате компоста из древесной зелени, % об.
Рисунок. Влияние внесения в торфяной субстрат компоста из древесной зелени разных видов древесных растений и зеленой массы травянистых растений в различных дозах на высоту однолетних сеянцев сосны, выращенных в условиях закрытого грунта с ЗКС, мм
В начале сентября были измерены линейные размеры сеянцев (Н и d). В данной работе рассматриваются результаты по длине охвоенной части.
Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета Excel.
Были проанализированы данные результатов трех независимых опытов, каждый из которых имел 10-кратную биологическую повторность. Представлены средние арифметические из n определений и их стандартные отклонения (n = 30). Обсуждаются различия, достоверные при 95 %-м уровне значимости.
Результаты экспериментов представлены на диаграмме. Наибольший положительный эффект наблюдали от внесения переработанных листьев ивы в количестве 12,3 и 18,7 % об. Высота сеянцев в этих вариантах была больше, чем в контроле на 94 % и 56 % соответственно. При внесении в субстрат листьев березы в количестве 18,7 % об. или листьев ольхи в количестве 12,3 % высота сеянцев была на 40 % больше, чем в контроле.
Внесение в субстрат листьев любого из исследованных видов в количестве 24,8 % не дало положительного эффекта. Высота опытных сеянцев была примерно равна высоте
контрольных. При внесении в субстрат листьев в количестве 31,0 % и более наблюдается отрицательное влияние для всех исследованных видов, кроме ивы. При увеличении доли листьев в смеси до 50 % высота сеянцев составляла 30-40 % от контроля. Прежде всего это можно объяснить очевидным ухудшением водно-воздушных свойств субстрата. При большом содержании растительных добавок, очевидно, уменьшалась его водоудерживающая способность. Особенно это проявилось в варианте с рогозом, грубые листья которого в наименьшей степени успели разложиться в процессе трехнедельного компостирования в лабораторных условиях.
Возможно также влияние содержащихся в листьях биологически активных веществ, стимулирующих рост сеянцев в небольшом количестве, но в избыточном - ингибирующих его. Растительный материал заготавливали в период активной вегетации, что, видимо, способствовало поступлению из листьев в торфяной субстрат естественных регуляторов роста. Неслучайно наибольший положительный эффект получен при внесении древесной зелени быстрорастущего вида - ивы. Вряд ли можно предположить существенное поступ-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010
7
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. ЭКОЛОГИЯ
ление из древесной зелени в торф углеводов, так как известно, что у листопадных деревьев быстрее исчезают запасные углеводы после распускания почек и развития побегов.
В результате вегетационных опытов, проведенных в лесопитомнике в условиях защищенного грунта, было показано, что субстраты, приготовленные из местного сырья (торф, доломитовая мука) при добавлении некоторых видов отходов (древесная зелень), пригодны для выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой.
При ускоренном способе приготовления компоста из древесной зелени его объемная доля в субстрате не должна превышать 1/3 для отходов из ивы, 1/5 для отходов из ольхи и 1/7 для отходов из березы. Заготовленные побеги ивы, ольхи или березы достаточно компостировать в течение 2-3 недель, затем перерабатывать с помощью дезинтегратора и компостировать еще 2-3 недели, после чего смешивать с торфом. Торф для субстрата заправлять доломитовой мукой, 2 кг/м3. При проведении гидротермообработки растительного материала сроки приготовления компоста можно сократить.
Вопрос об использовании древесных отходов при выращивании сеянцев хвойных пород с ЗКС является актуальным в связи с необходимостью решения природоохранных, ресурсосберегающих задач.
Важным является также возможность сократить расходы по выращиванию посадочного материала. Результатами исследований показано, что использование компостов из древесной зелени в лесных питомниках позволит обеспечить выход стандартного посадочного материала и повысить его качество.
При использовании компоста из древесных отходов доза его внесения может достигать третьей части от общего объема субстрата. При этом диапазон дозировки достаточно широк, а значит, нет опасности передозировки.
Разработанный субстрат пригоден для выращивания сеянцев древесных растений в открытом грунте, а также для проведения работ по биологической рекультивации нарушенных земель, по озеленению населенных пунктов.
Библиографический список
1. Шегельман, И.Р. Противоречия интеграционных процессов в лесопромышленном комплексе / И.Р. Шегельман, М.Н. Рудаков // Материалы Всероссийской науч. конф. с международным участием (Петрозаводск 30.09-3.10.2009 г.) Лесные ресурсы таежной зоны России: проблемы лесопользования и лесовосстановления. - Петрозаводск, 2009. - С. 27-29.
2. Степень, Р. А. Альтернативные пути рациональной переработки древесных отходов / Р.А. Степень, С.М. Репях // Инновационный потенциал лесопромышленного комплекса Красноярского края : сб. докл. науч.-практ. конф. - Лесосибирск, 2001. -С. 116-121.
3. Шарлаев, С.Э. Лесной план Республики Карелия: стратегия развития и использования лесов / С.Э. Шарлаев, В.В. Валдаев., Д.В. Макаров // Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием. Лесные ресурсы таежной зоны России: проблемы лесопользования и лесовосстановления. (Петрозаводск 30.09-3.10.2009 г.).
- Петрозаводск, 2009. - С. 10-13.
4. Левкина, Т.И. Влияние удобрений и мульчирования почвы на ее свойства и развитие сеянцев сосны в лесных питомниках Карелии / Т.И. Левкина // Возобновление леса на вырубках и выращивание сеянцев в питомниках. - Петрозаводск: Карельское книжное издательство. - 1964. - С. 179-202 .
5. Жигунов, А.В. Посадочный материал с закрытой корневой системой / А.В. Жигунов // Лесное хозяйство. - 1998. - № 4. - С. 33.
6. Робонен, Е.В. Использование плавленого фосфорно-магниевого удобрения ПФМУ-2 при выращивании сеянцев хвойных пород с закрытой корневой системой / Е.В. Робонен, М.И. Зайцева, Н.П. Чер-нобровкина, Г.А. Лебедева и др. // Вестник МГУЛ
- Лесной вестник. - 2006. - С. 34-38.
7. Рекомендации по применению местных удобрений и мелиорантов в лесных питомниках на дерново-подзолистых почвах / В.Н. Кураев и др. - М.: ВНИИЛМ, 2001. - С. 52-53.
8. Саляев, Р.К., Динамика роста и поступления азота и фосфора у однолетних сеянцев сосны, выращиваемых на различном агрофоне / Р.К. Саляев,
З.А. Вересова, С.А. Дыренков // Возобновление леса на вырубках и выращивание сеянцев в питомниках. - Петрозаводск: Карельское книжное изд-во, 1964. - С. 224-235.
9. Кузнецова, Л.М. Изменение физико-химических свойств торфяного тепличного грунта в процессе его использования / Л.М. Кузнецова, Л.Н. Яковлева // Тр. ВНИИТП. - Вып. 51. - Л.: ВНИИТП.
- 1983. - С. 68-73.
10. Ellis, J.B. The performance of vegetated biofilters for highway funoff control / J.B. Ellis - Sci Total Environ,
- 1994. - С. 543-550.
8
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010
