1.3. Подготовка семян к посеву

Семена древесных пород прорастают неодинаково быстро. Это относится к только что собранным семенам, и к тем, которые хранятся какое-то время в семенохранилищах [3].

Семена большинства древесных пород сразу после сбора не прорастают даже при благоприятных условиях, поскольку в них содержится значительное количество ингибиторов [18]. Именно поэтому созревшие к осени семена не трогаются в рост и не погибают. В течение зимы под влиянием низких температур количество ингибиторов в семенах уменьшается, накапливаются стимуляторы роста (ауксины, гиббереллины) и с наступлением теплой погоды и прогреванием почвы семена трогаются в рост. У некоторых пород, однако, семена не прорастают и после одной зимовки, им требуется больший период холодных температур (кизильники, боярышник).

Различная скорость прорастания семян древесно-кустарниковых пород, созревающих в разное время года, является биологически полезным свойством приспособления к окружающей среде. В основе ее лежит состояние вынужденного и глубокого (органического) покоя.

Состояние вынужденного покоя определяется неблагоприятными факторами: недостатком воды, кислорода, неблагоприятной температурой, кислотностью субстрата [16]. Как только семенам будут созданы необходимые условия, они дадут хорошие всходы. Семена в состоянии вынужденного покоя имеют: актинидия, аморфа, береза, вяз, гортензия, дейция, диервилла, дрок, дуб, жимолость татарская, катальпа, облепиха, ольха, осина, тополь, пузыреплодник, ракитник, сирень, спирея, чубушник, шелковица, ель, пихта, лиственница, сосна.

Состояние глубокого (органического) покоя определяется особенностями самих семян, из-за чего они не могут прорасти даже при благоприятных условиях – плотные внешние и внутренние покровы семян, особенности обмена веществ, количество определенных регуляторов роста в семени, выделение оболочкой веществ, задерживающих рост (ингибиторов), и др. Часто покой семян является результатом сочетания указанных причин.

Несмотря на существование различных типов глубины покоя семян, границы между ними выражены недостаточно четко. Причиной этого являются: видовая специфика семян, условия их формирования, степень зрелости, условия в период хранения. По причинам, обуславливающим наличие глубокого (органического) покоя, М. Г. Николаева [23] классифицирует его на экзогенный, эндогенный и комбинированный типы.

Тип экзогенного покоя определяется свойствами семенной кожуры и околоплодника, эндогенного типа покоя – состоянием зародыша, физиологическими причинами торможения прорастания; комбинированный тип определяется сочетанием причин экзогенного и эндогенного покоя.

Типы собственно экзогенного покоя связаны с наличием околоплодника. Его действие объясняется комплексом причин, связанных с механическими препятствиями задерживания прорастания, присутствием в нем ингибиторов, созданием неблагоприятного вокруг семени осмотического давления, ухудшением газообмена в семени и т. д.

При слабом экзогенном покое в большинстве случаев тормозящее действие околоплодника устраняется адсорбцией ингибирующих веществ почвой или путем промывания плодов водой. Тормозящее действие околоплодника проявляется слабо или может вообще не проявляться.

Сильный собственно экзогенный покой наблюдается у семян с твердой оболочкой, которая препятствует прорастанию не только в силу механических причин, но и из-за того, что мешает вымыванию ингибиторов и затрудняет газообмен (слива, боярышник, фисташка, калина, алыча, терн, шиповник и др.).

Физический покой семян связан с полной водонепроницаемостью кожуры – твердосемянностью. Зародыши обычно не находятся в состоянии покоя и быстро прорастают при нарушении покровов семени.

Эндогенные типы покоя обусловлены недоразвитостью зародыша, его физиологическим состоянием или сочетанием этих причин.

Экзогенный покой в большинстве случаев сочетается с причинами эндогенного покоя.

Для семян с разным типом покоя применяют разные способы предпосевной обработки семян. Так, для семян с физическим типом покоя в качестве предпосевной подготовки используют способы механического разрушения их покровов – скарификацию: перетиранием с песком, надрезание или подпиливание вручную, надкалывание. В некоторых случаях хорошие результаты получают при встряхивании семян, смешанных с песком – импакция [27]. Кроме скарификации к таким семенам применяют ошпаривание кипятком, намачивание в концентрированных кислотах и др.

При температурной обработке используют различные режимы промораживания, прогревания, резкую смену температуры сухих или намоченных семян. Семена гледичии и робинии псевдоакации рекомендуют ошпаривать кипятком или замачивать в горячей воде при температуре 80-85˚С в течение 10 минут и оставлять их в горячей воде до остывания [9; 15].

Из химических веществ, для обработки семян используют концентрированную серную и азотную кислоты.

Для размягчения околоплодника семена на определенное время (от 15 минут до 24 часов) помещают в концентрированную серную кислоту с обязательным последующим пяти-, шестикратным промыванием их в большом количестве воды [29].

М. Г. Николаева [24] для устранения твердосемянности некоторых видов растений рекомендует использовать этиловый спирт.

Семена с недоразвитым зародышем (т. н. морфологический покой) довольно распространены среди растений многих семейств (преобладают у более древних древесных видов). У таких семян при достаточно крупных размерах семени размеры самого зародыша микроскопичны, а части зародыша слабо дифференцированы; им нужен более или менее длительный период для роста зародыша вне материнского растения после опадения семян.

Для роста зародыша в семени необходима повышенная температура при постоянном доступе воды и воздуха. Оптимальная температура для семян лимонника, актинидии, некоторых видов бересклета +15-20˚С, ясеня черного +20˚С в течение 2-3 месяцев [23].

Физиологический эндогенный покой обусловливается пониженной ростовой активностью зародыша и недостаточной газопроницаемостью тканей и эндосперма.

Неглубокий физиологический покой наблюдается у свежесобранных семян большинства видов и проявляется в пониженной всхожести или в отсутствии прорастания. Он исчезает в процессе хранения в течение 5-12 месяцев. Семена с этим типом покоя при проращивании чувствительны к ростовым веществам, свету (береза, сосна), повышенному содержанию кислорода и углекислого газа в атмосфере.

На семена с физиологическим промежуточным типом покоя (абрикос, клен ясенелистный, ясень зеленый) при сухом хранении положительное действие оказывает обработка их гиббереллином [11]. Но наиболее эффективно (и наиболее изучено) на семена с физиологическим типом покоя действие пониженных температур – стратификация семян, прогревание их или проращивание при переменных температурах [8; 21;26].

Чаще всего для устранения физиологического покоя семян применяют холодную стратификацию при температуре 0-7˚С. При этом семена, находящиеся в неглубоком физиологическом покое, прорастают через 1-15 суток, а для прерывания глубокого физиологического покоя требуется до четырех и более месяцев.

Сроки стратификации значительно удлиняются при несоблюдении оптимальных условий, а также если семена находятся в комбинированном покое.

При морфофизиологических типах покоя семена вначале стратифицируют при повышенных температурах (от 10 до 35˚С) в зависимости от видовой принадлежности в течение одного-четырех месяцев (тепловая стратификация). Повышенные температуры необходимы для доразвития зародыша. Физиологический же покой устраняется при холодной стратификации (0-7˚С) в течение 4 месяцев.

Эффективность стратификации зависит от соблюдения температурного режима, колебаний температуры и влажности. Отмечено, что колебания температуры во время стратификации + 1˚С оказываются наиболее эффективными [16].

Таким образом, предпосевная подготовка семян – физиологический процесс, который происходит в тканях семени с учетом факторов внешней среды, которые ускоряют или затормаживают процесс прорастания. В этой связи главным с практической точки зрения будет являться разработка методов, позволяющих управлять процессом прорастания семян, обеспечивающих дружное появление всходов и получение хорошо развитых сеянцев.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Природно-климатические условия места проведения исследований

Орографически Белогорский район располагается на территории предгорного и горного Крыма. Почвы района отличаются большим разнообразием с преобладанием черноземов карбонатных на элювии и делювии карбонатных пород, а также дерново-карбонатных почв. На опытном же поле доминируют черноземы южные мицелярно-карбонатные на красно-бурых глинах. Их анализ показал, что мощность гумусового слоя (горизонт А) на поле составляет 28-32 см, всей гумусовой толщи 63-70 см. Горизонт А серый с темно-бурым оттенком; его структура – глыбисто-пылевато-порошистая. В горизонте В буровато-серая окраска в нижней части становится неоднородной. Структура крупнокомковатая, сложение плотное. Вскипание от HCl наблюдается с глубины 45 см. Горизонт обильной, четкой белоглазки отмечается на глубине 80-90 см. Скопления кристаллов гипса прослеживаются в толще 170-200 см. Карбонатная плесень и мицелий отсутствуют. Содержание гумуса в горизонте А составляет 2,4-2,6%. Валового азота содержится 0,11-0,12%, валового фосфора – 0,20%, калия – 1,96%.

Карбонаты в рассматриваемых почвах вымыты из верхней части гумусовой толщи. В горизонте вскипания их количество составляет в среднем 3,88%, в карбонатно-иллювиальном горизонте – 15,94%. Сумма обменных оснований в горизонте А – 28,9 мг-экв. В составе поглощенных катионов кальция содержится 82-87%, магния 10-12% и натрия 2-6% от емкости поглощения. Реакция почвенного раствора в верхнем горизонте слабощелочная (рН 7,7-7,8), с глубиной, в карбонатно-иллювиальном горизонте, щелочная (рН 8,3-8,4). Гидролизуемого азота в пахотном слое (0-20 см) содержится 5,2-5,8 мг, в подпахотном 2,9-3,4 мг, количество подвижного фосфора колеблется в пределах 1,9-2,2 мг, обменного калия 26-28 мг/100 г.

Механический состав данных почв тяжелосуглинистый. Почвенная масса по всему профилю хорошо микроагрегированна. Коэффициент дисперсности составляет 9,5-10.

Воднорастворимых солей в почвенном профиле до глубины 150-200 см содержится незначительное количество. Величина плотного остатка колеблется в пределах от 0,22 до 0,27%. В горизонте скопления гипса сумма солей возрастает до 1,5%. Тип засоления сульфатно-кальциевый.

Климат Белогорского района характеризуется континентальностью и относится к полузасушливому, умеренно жаркому [1].

Для рассматриваемого района характерна неустойчивая зима со значительными колебаниями температур. Средний из абсолютных минимумов температуры составляет - 20˚С, в отдельные же годы морозы могут достигать -30-35˚С. Максимальная температура воздуха в отдельные годы в июле и августе может повышаться до 35-39˚С. Период со среднесуточными температурами 10˚С и выше продолжается 182 дня, а суммы положительных среднесуточных температур воздуха за период с температурой выше 10˚С составляет 3191˚. Самым теплым месяцем является июль (22,0˚С), а самым холодным январь. Средняя температура воздуха за год равняется 9,9˚С (табл. 2.1).

Даты последнего заморозка весной и первого заморозка осенью приходятся на 6 мая и 5 октября соответственно. Продолжительность безморозного периода составляет 151 день. Весенние заморозки заканчиваются позднее, а осенние начинаются раньше перехода температуры через 10˚. Благодаря этому вероятность повреждения древесно-кустарниковых пород заморозками здесь высока.

К числу неблагоприятных особенностей климата следует отнести феновые явления, наиболее ярко проявляющиеся в предгорных районах. В некоторые годы оттепели, усиленные интенсивными и продолжительными фенами, вызывают активную вегетацию с несвоевременным развитием почек и даже цветением отдельных пород. Последующие похолодания часто сопровождаются массовыми повреждениями почек и цветков.

Годовое количество осадков находится на уровне 457 мм. Большая засушливость Белогорского района определяется не только малым количеством осадков, но и значительной сухостью воздуха. С апреля по октябрь включительно средняя относительная влажность воздуха в 13 часов составляет 49%.

В рассматриваемом районе наибольшее количество осадков выпадает летом. Величина испаряемости влаги составляет 744-855 мм, что почти в два раза превышает количество осадков. Осадки летом выпадают большей частью в виде ливней и поэтому значительная часть их теряется на поверхностный сток.

В таблице 2.2 приведены метеорологические показатели в годы исследований. Они свидетельствуют о том, что 2006-й и 2007-й годы не были типичными. 2006-й год был чрезмерно дождливым (особенно это касается июля, когда за месяц выпало 156 мм осадков), а 2007-й – более теплым.