ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОРФЯНОГО СУБСТРАТА НА РОСТ СЕЯНЦЕВ БЕРЁЗЫ ПОВИСЛОЙ В УСЛОВИЯХ ОТКРЫТОГО ГРУНТА

INFLUENCE OF THE PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF PEAT SUBSTRATE ON THE GROWTH OF DOWNY BIRCH (BETULA PENDULA) SEEDLINGS UNDER FIELD CONDITIONS

Yan Khudoshin

PhD Students of the Department of Forest Crops, Breeding and Biotechnology Volga State Technological University

Russia, Yoshkar-Ola

АННОТАЦИЯ

При выращивании сеянцев березы в лесных питомниках используют торфяные субстраты, однако их агрохимические свойства существенно варьируют, что напрямую отражается на росте и качестве сеянцев. Несмотря на наличие значительного числа исследований, роль отдельных факторов субстрата в формировании морфометрических характеристик сеянцев остаётся недостаточно изученной, особенно в условиях открытого грунта.

Целью настоящего исследования является оценка влияния агрохимических характеристик торфяных субстратов на морфометрические показатели сеянцев берёзы повислой в условиях открытого грунта.

Эксперимент проводился в республике Марий Эл, на территории лесного питомника ООО «ЛХП Таволга», село Шойбулак. В рамках работы было выделено семь опытных площадок, на которых проводились замеры высоты, диаметра стволиков и массы двухлетних сеянцев березы, также с каждой площадки были отобраны образцы почвы. Определены массовая доля влаги, зольность, содержание органического вещества, нитратного азота, подвижного фосфора, обменного калия, активная и обменная кислотность. Для оценки связей между почвенными и ростовыми характеристиками использован корреляционный анализ.

Результаты показали, что наиболее значимыми факторами роста сеянцев являются влажность и содержание органического вещества субстрата (r = +0,64…+0,91), оказывающие положительное влияние на высоту, диаметр и массу растений. Противоположный эффект выявлен у зольности (r = –0,64…–0,85), тогда как концентрации азота, фосфора и калия продемонстрировали демонстрировали менее выраженные отрицательные зависимости. Показатели кислотности имели слабую положительную корреляцию, что обусловлено их относительной стабильностью в условиях эксперимента.

Таким образом, установлено, что оптимальные условия выращивания сеянцев берёзы повислой обеспечиваются при влажности субстрата свыше 40 %, содержании органического вещества более 55 % и зольности не выше 43 %. Полученные результаты позволяют уточнить агротехнические рекомендации по выращиванию посадочного материала и дополняют имеющиеся научные данные о влиянии почвенных факторов на рост берёзы.

ABSTRACT

In forest nurseries, peat substrates are traditionally used for cultivating birch seedlings; however, their agrochemical properties vary considerably, directly affecting seedling growth and quality. Despite numerous studies, the role of specific peat substrate characteristics in shaping the morphometric traits of birch seedlings remains insufficiently explored, particularly under open-field conditions.

The aim of this study was to evaluate the influence of agrochemical properties of peat substrates on the growth performance and morphometric parameters of downy birch (Betula pendula) seedlings under field conditions.

The experiment was carried out in the Mari El Republic at the forest nursery of LLC “LHP Tavolga” in the village of Shoibulak. Seven experimental plots were established, where measurements of two-year-old birch seedlings’ height, stem diameter, and biomass were conducted. Soil samples were also collected from each plot for analysis. The following soil properties were determined: moisture content, ash content, organic matter content, nitrate nitrogen, available phosphorus, exchangeable potassium, and both active and exchangeable acidity. Correlation analysis was employed to assess relationships between soil properties and seedling growth characteristics.

Results indicated that the most influential factors for seedling growth were substrate moisture and organic matter content (r = +0.64…+0.91), which positively affected seedling height, stem diameter, and biomass accumulation. In contrast, ash content showed a strong negative correlation (r = –0.64…–0.85), while nitrogen, phosphorus, and potassium concentrations demonstrated weaker negative relationships. Soil acidity parameters exhibited only a slight positive correlation, likely due to their relative stability across experimental plots.

Overall, the study established that optimal growth conditions for downy birch seedlings are achieved when substrate moisture exceeds 40%, organic matter content is above 55%, and ash content does not exceed 43%. These findings provide practical guidance for forest nursery management, refining silvicultural recommendations for birch seedling production and enhancing understanding of soil–seedling interactions in temperate forestry.

Ключевые слова: агротехника выращивания, рост сеянцев, берёза повислая, торфяной субстрат, влажность, органическое вещество, зольность, кислотность почвы, корреляционный анализ.

Keywords: cultivation technology, seedling growth, silver birch, peat substrate, moisture, organic matter, ash content, soil acidity, correlation analysis.

Берёза повислая (Betula pendula Roth) является одной из наиболее распространённых и хозяйственно ценных древесных пород умеренной климатической зоны. Она формирует лесные сообщества, играющие ключевую роль в поддержании биоразнообразия, регуляции водного режима и восстановлении нарушенных экосистем.

При выращивании посадочного материала берёзы повислой в открытом грунте обычно применяют торфяные субстраты, ввиду высокого содержания в них органического вещества и влаги, что создаёт благоприятные условия для формирования корневой системы молодых растений. Однако свойства торфяных субстратов могут существенно различаться в зависимости от их зольности, кислотности и обеспеченности элементами питания, что напрямую отражается на росте и качестве сеянцев.

Изучению особенностей выращивания сеянцев берёзы повислой в различных условиях посвящен ряд работ. К примеру, авторы Якимов Н. И., Крук Н. К. и Юреня А. В. ^[6] приводили результаты исследований по применению различных агротехнических приемов для выращивания сеянцев березы повислой, рассчитывали оптимальные дозы основных удобрений и подкормок, а также технология выращивания сеянцев березы в закрытом грунте. Лучшие результаты достигались при использовании рыхлых, влагоёмких субстратов с содержанием органического вещества не менее 50 %. Оптимальный уровень кислотности (pH 5,0–5,5) способствовал полноценному усвоению питательных веществ, тогда как чрезмерная кислотность или нейтральные значения pH снижали доступность макро- и микроэлементов. Использование золы, по данным авторов, стимулировало дружные и ранние всходы.

Или статья Потапова А. В., Домасевича А. А. и Вишневецкой Е. А. ^[7], где особое внимание уделялось условиям выращивания сеянцев березы повислой в закрытом грунте, а также взаимосвязи свойств торфо-перлитного субстрата и морфометрических характеристик сеянцев. Авторами установлено, что высокая влажность (70–80 %) и содержание органики более 50 % способствовали интенсивному росту растений и развитию корневой системы. Оптимальный уровень pH (5,0–5,5) также обеспечивал стабильное наращивание биомассы, тогда как внесение золы повышало доступность элементов питания и ускоряло всхожесть.

Иностранные авторы также посвящают исследования выращиванию сеянцев березы, например, работа José Zapata-Carbonell ^[8] изучала влияние органических добавок в субстраты на рост берёзы повислой. Показано, что органическое вещество (~50 %), а также поддержание оптимальной влажности являлись ключевыми факторами успешного развития растений. Повышение содержания азота, фосфора и калия стимулировало рост, а зольность и изменение pH в сторону нейтральных значений не оказывали отрицательного влияния.

Таким образом, в литературе подчёркивается, что на рост берёзы повислой существенное влияние оказывают влажность субстрата, содержание органического вещества и уровень кислотности. Однако полученные результаты различаются в зависимости от условий экспериментов: одни исследования проводились в закрытом грунте, другие — на минеральных или органоминеральных субстратах, при этом роль зольности и содержания макроэлементов остаётся не до конца определённой.

В связи с этим актуальной задачей является проведение полевых опытов с использованием торфяных субстратов различного состава в условиях открытого грунта. Такая постановка эксперимента позволит уточнить влияние агрохимических показателей на морфометрические параметры сеянцев берёзы повислой и тем самым дополнить имеющиеся научные данные.

Цель текущего исследования — оценить эффективность выращивания посадочного материала берёзы повислой в различных торфяных субстратах и выявить факторы, оказывающие наибольшее влияние на её рост, что позволит расширить и конкретизировать выводы, сделанные в ранее опубликованных работах.

Материалы и методы:

В рамках настоящего исследования на территории, закрепленной за ЛХП «Таволга» был проведен эксперимент, изучающий влияние почвенных факторов на рост и развитие сеянцев березы повислой.

ООО «ЛХП Таволга» является арендатором лесных участков общей площадью 65 486,10 га. Предприятие занимается выращиванием посадочного материала, ведением лесовосстановительных и лесоразведенческих работ, а также научно-производственной деятельностью, направленной на повышение продуктивности лесных экосистем ^[9] (Рис. 1).

Рисунок 1. Паспорт и схема зоны проведения экспериментов на территории ООО «ЛХП Таволга»

В сентябре был произведен отбор почвы и сеянцев березы повислой на территории республики Марий Эл лесного питомника ООО «ЛХП Таволга» в селе Шойбулак на семи экспериментальных площадках (Рис. 2).

Рисунок 2. ООО «ЛХП Таволга» экспериментальные площадки

Сеянцы замерялись штангельциркулем в сантиметрах по высоте и диаметру стволика на уровне корневой шейки. После естественной сушки у сеянцев березы были отдельно замерены масса стволиков и корней с пересчетом на общий вес в штуках и расчете среднего веса сеянцев с каждой площадки на 100 штук (г).  На основе полученных данных были составлены диаграммы средней высоты, диаметра и веса в зависимости от номера эксперимента (Рис. 3).

Рисунок 3. Графики средней высоты, диаметра и веса исследуемых сеянцев березы повислой соответственно

Для проведения комплексных агрохимических исследований торфяного субстрата на экспериментальных площадках были отобраны семь проб с почвой.  После они были переданы в Федеральное государственное бюджетное учреждение «Станция агрохимической службы “Марийская”», которая выполняет функции контроля за состоянием земель сельскохозяйственного назначения на территории республики Марий Эл, занимается агрохимическим и эколого-токсикологическим обследованием почв на содержание макро- и микроэлементов, проводит анализ минеральных и органических удобрений ^[10].

В станции был проведён комплекс лабораторных исследований с определением массовой доли влаги (%), ^[1] зольность и массовая доля органического вещества (%), ^[2] содержание нитратного азота, подвижного фосфора и обменного калия ^[3], а также активную ^[4] и обменную кислотность ^[5].

Для установления корреляционных зависимостей между агрохимическими свойствами субстрата с показателями роста сеянцев все полученные данные были сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Рост сеянцев березы повислой и показатели свойств субстратов на экспериментальных площадках

После расчетов основных параметров саженцев и почвенного состава для оценки прямой, и обратной корреляционной зависимости показателей роста саженцев с почвенными показателями в Microsoft Excel была проведена корреляция состава почвы с показателями по высоте, диаметру, весу, составлена тепловая карта корреляции по прямой и обратной зависимости (Рис. 5).

Рисунок 4. Тепловая карта корреляций между морфометрическими и почвенными показателями

Наибольшая влажность отмечена у варианта 5 (53 %), тогда как минимальные значения зафиксированы у вариантов 1 и 2 (32,3 % и 37,4 % соответственно). Зольность субстрата варьировала от высоких значений в варианте 1 (58,5 %) до минимальных в варианте 5 (33,2 %). Содержание органического вещества также оказалось максимальным в варианте 5, тогда как в варианте 1 оно было на 38 % ниже. Концентрация нитратного азота во 2-м варианте (6,5 мг/100 г) превышала аналогичный показатель в 6-м варианте (1,9 мг/100 г) более чем в три раза. Максимальное содержание подвижного фосфора выявлено в варианте 1 (57,9 мг/100 г), тогда как минимальные значения отмечены в вариантах 5 и 6 (22,3 и 23,2 мг/100 г соответственно). Наибольшая концентрация обменного калия зафиксирована в варианте 5 (50,9 мг/100 г), а наименьшая — во 2-м варианте (30,2 мг/100 г). Активная и обменная кислотность субстрата варьировались незначительно и оставались в пределах близких значений. На основе почвенных показателей для наглядности сравниваемых данных были построены диаграммы (Рис. 5).

Рисунок 5 Диаграммы на основе расчетов по основным почвенным показателям

Анализ тепловой карты корреляций показал различную степень взаимосвязи между агрохимическими характеристиками субстрата и морфометрическими параметрами сеянцев берёзы повислой.

По показателю высоты установлены сильные положительные корреляции с влажностью (r = +0,86) и содержанием органического вещества (r = +0,64), а также отрицательные – с содержанием нитратного азота (r = –0,79) и зольностью (r = –0,64).

По диаметру корневой шейки выявлены наиболее тесные положительные связи с влажностью (r = +0,91) и органикой (r = +0,85), тогда как зольность (r = –0,85) и калий (r = –0,69) продемонстрировали выраженное отрицательное влияние.

По сухой массе растений определены положительные корреляции с органикой (r = +0,85) и влажностью (r = +0,74), а также отрицательные – с зольностью (r = –0,85) и содержанием подвижного фосфора (r = –0,75).

Таким образом, ключевым фактором, определяющим успешное развитие сеянцев, является влажность субстрата: коэффициенты корреляции составили r = +0,86 для высоты, r = +0,91 для диаметра и r = +0,74 для массы, что подтверждает критическую роль водообеспеченности при выращивании берёзы. Значимое положительное влияние оказывает и содержание органического вещества (r = +0,64…+0,85), что отражает роль гумусового горизонта как основного источника энергии и питательных соединений.

Кислотность субстрата (активная и обменная) показала слабые положительные корреляции с ростовыми параметрами (до r = +0,46), что указывает на второстепенное значение данного фактора в условиях проведённого эксперимента.

Противоположное действие оказывает зольность: её рост сопровождался снижением всех морфометрических показателей (от r = –0,64 до –0,85). Вероятной причиной может быть накопление минеральных остатков, ограничивающих доступность элементов питания.

Содержание нитратного азота продемонстрировало умеренные отрицательные корреляции с высотой (r = –0,79) и массой (r = –0,58), что может быть связано с нарушением физиологического баланса растений при избытке легкоусвояемых форм азота.

Определённый интерес представляют отрицательные зависимости с содержанием подвижного фосфора (r = –0,29…–0,75) и обменного калия (r = –0,12…–0,69). Эти результаты могут отражать несбалансированное соотношение макроэлементов либо относительно низкую потребность берёзы в данных элементах на ранних стадиях онтогенеза. После выявления в почве главных факторов воздействие на показатели сеянцев березы повислой по ним были построены графики, из которых были исключены выбросы (Рис.6)

Рисунок 6. Сравнение показателей сеянцев березы с почвенными показателями, оказавшими особо сильное влияние

Успешный рост сеянцев берёзы повислой наблюдается при массовой доле влаги в субстрате выше 40 %. Ростовые показатели растений начинают существенно увеличиваться при содержании органического вещества свыше 55 %. Оптимальные значения зафиксированы при зольности, не превышающей 43%.

Выводы:

Эксперимент показал, что ключевыми факторами, определяющими рост сеянцев берёзы повислой являются массовая доля влаги, содержание органического вещества и зольность субстрата. При этом влага и органическое вещество положительно коррелируют с морфометрическими показателями растений, тогда как зольность оказывает обратное влияние. Концентрации азота, фосфора и калия проявили менее выраженную, но также отрицательную зависимость с показателями роста. Наименьшую связь выявила кислотность (активная и обменная), что объясняется её незначительными колебаниями на исследуемых площадках.

Таким образом, в практике выращивания сеянцев берёзы необходимо особое внимание уделять поддержанию влажности торфяного субстрата на оптимальном уровне и использовать субстраты с высоким содержанием органического вещества. Влияние других агрохимических показателей требует дальнейшего изучения для формирования более детализированных агротехнических рекомендаций.

Рекомендации:

• Поддерживать влажность почвы на уровне 40–50%, особенно в период активного роста;
• При повышенной зольности (>40) вносить органические удобрения (перегной, компост) для снижения концентрации минеральных солей;
• При необходимости – известкование почвы для корректировки pH (оптимум для берёзы: 5.5–6.5);
• В период жары – мульчирование торфом, корой или сеном для сохранения влаги;
• Регулярно проводить механическую рыхлку и прополку для улучшения аэрации почвы;

• Применять комплексные минеральные удобрения с умеренным содержанием азота;
• Использовать фосфорно-калийные удобрения в фазе корнеобразования. Проведение известкования при pH <5,5;
• Проводить регулярный мониторинг кислотности с помощью экспресс-тестов;
• Использовать корректирующие добавки (доломитовая мука, древесная зола);
• Мульчировать поверхность почвы, создавать водоудерживающие слои (стружка, щепа, торф, солома).

Список литературы:

1. ГОСТ 11305–2013. Торф и продукты его переработки. Методы определения влаги, золы и органического вещества. – М.: Стандартинформ, 2014. – 14 с.
2. ГОСТ 11306–2013. Торф и продукты его переработки. Методы определения pH водной вытяжки. – М.: Стандартинформ, 2014. – 10 с.
3. ГОСТ 27894.4–88. Почвы. Определение содержания нитратного азота ионометрическим методом. – М.: Изд-во стандартов, 1989. – 11 с.
4. ГОСТ 26212–84. Почвы. Определение гидролитической кислотности по Каппену. – М.: Изд-во стандартов, 1985. – 8 с.
5. ГОСТ 26483–85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение её pH. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 7 с.
6. Якимова Л. В., Крук А. Н., Юрень А. А. Особенности агротехники выращивания сеянцев березы повислой в лесных питомниках // Лесное хозяйство. – 2013. – № 6. – С. 45–50.
7. Потапов А. В., Домасевич А. А., Вишневецкая Е. А. Рост однолетних сеянцев берёзы повислой в условиях закрытого грунта на базе учреждения «Республиканский лесной селекционно-семеноводческий центр» // Лесоводство и лесомелиорация. – 2024. – № 2. – С. 32–39.
8. Zapata-Carbonell J., Ciadamidaro L., Parelle J., Chalot M., Tatin-Froux F. Improving Silver Birch (Betula pendula) Growth and Mn Accumulation in Residual Red Gypsum Using Organic Amendments // Journal of Environmental Management. – 2020. – Vol. 274. – Article 111213. – DOI: 10.1016/j.jenvman.2020.111213.
9. ООО «Лесохозяйственное предприятие Таволга». Официальный сайт. – Электрон. дан. – Режим доступа: https://lhp-tavolga.ru/ (дата обращения: 20.08.2025).
10. Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Станция агрохимической службы "Марийская" Официальный сайт. – Электрон. дан. – Режим доступа:  https://agrohim12.ru/ (дата обращения: 20.08.2025).