Voronezh, Voronezh, Russian Federation
The article presents the results of a three-year study of the growth of thuja seedlings in plastic pots of three colors. Differences were found between heating the surface of multi-colored containers and the substrate. The color of the containers affects plant growth in the middle of the vegetative period, when air temperature and insolation level reach maximum values. The plants grown in green pots showed maximum growth indicators. However, during the statistical processing of the data obtained significant differences have not been found. Analysis of variance in the first year of cultivation revealed the presence of a factor — the color of the container impact on the thuja growth in diameter at 22% of the total set of influencing factors. This effect was leveled later. Correlation analysis has showed high relationship between the surface temperature of the pot and substrate with the north (r = 0.95-0.98), the south (r = 0.84-0.99), the west (r = 0.96-0.99) sides, and the average with the east side (r = 0.29-0.81). No differences in container colors were found. Analysis of the activity of salts in the substrate of containers shows thatthe substrate has a different content of macro- and microelements in containers of three colors after the first year of cultivation. Apparently, high temperature in the black container leads to an increase in the rate of chemical reactions, as well as a more intensive leaching of the main nutrients from the substrate. The influence of the “container color” factor on the content of available macro- and micronutrients after the first year is 37.5% of the total population. By the end of the experiment, the strength of this factor did not exceed 5%.
Thuja occidentalis 'Smaragd', plastic container, substrate temperature, ion activity, plant growth, nursery
Введение
Выращивание посадочного материала древесно-декоративных пород в пластиковых технологических горшках, является важнейшим направлением современного декоративного и лесного питомниководства [1, 2, 3, 4]. Данная технология успешно применяется с середины XX века, и позволяет существенно расширить сроки посадочного периода [5, 6]. В настоящее время для производства посадочного материала с закрытой корневой системой (ЗКС) используются: рассадные кассеты, полиэтиленовые пакеты, пластиковые контейнеры различной формы, объема и цвета. Широкая цветовая палитра контейнеров для производителей обусловлена, прежде всего, эстетической стороной вопроса.
Более широкое распространение в питомниках получили технологические горшки черного, терракотового, зеленого цветов. Различный цвет поверхностей горшка влияет на интенсивность нагрева пластика солнечным излучением. Тепловая энергия, передаваясь субстрату, воздействует на корни растения [7] с максимальной интенсивностью с южной, юго-западной и западной сторон.
Температурный фактор является одним из главных при выращивании растений в контейнерах [8, 9, 10, 11, 13, 14]. Корневая система подавляющего большинства растений, произрастающих в природе подвержена незначительным колебаниям температуры в течение дня. В горшках же субстрат в летний период прогревается до опасных для растения значений (+40…+50 °С). Данные температурные экстремумы провоцируют нарушение физиологических функций организма: ингибируется фотосинтез, увеличивается потеря влаги за счет увеличения интенсивности транспирации, повреждаются клеточные мембраны, денатурируют важнейшие белки, и т.д. [15, 16, 17].
Сведения о влиянии тепловых процессов, протекающих в субстратах контейнеров различного цвета под воздействием высоких температур на рост посадочного материала, необходимы для создания оптимальных условий выращивания сеянцев и саженцев с ЗКС.
Целью нашего эксперимента было установление влияния цвета контейнера на нагрев субстрата и как следствие на рост и продуктивность растений в пластиковых горшках.
Методика исследований
Исследования проводились в базисном питомнике ООО «Объединенные питомники». Для исследований была выбрана туя западная «Смарагд» (Thuja occidentalis `Smaragd`). В рамках эксперимента была заложена опытная контейнерная площадка, на которой были выставлены растения туи, высаженные в пятилитровые пластиковые контейнеры черного (контроль), терракотового, зеленого цветов. Многолетний опыт выращивания контейнерного посадочного материала в зарубежных и отечественных питомниках показывает, что оптимальный срок пребывания растений в определенном объеме горшка не должен превышать одного сезона. На практике бывают ситуации, когда растения находятся в одном и том же контейнере два года и более. С целью получения более объективной картины мы проводили эксперимент в течение трех сезонов, в период с апреля 2013 г. по ноябрь 2015 г.
Для контейнеровки были взяты укорененные черенки собственного производства в рассадных горшках р 9 и помещены в субстрат из низинного торфа с добавлением крупнозернистого песка (3:1). В каждом варианте было взято по 10 растений в трехкратной повторности. Каждому растению был присвоен порядковый номер. При размещении контейнеров на площадке использовался метод рандомизации.
Замеры температуры субстрата производились с четырех сторон, в течение трех летних месяцев 2013 года электронными термометрами для твердых сред ТР 3001. Параллельно измерялась температура поверхности контейнера пирометром IR-66. Температура воздуха фиксировалась при помощи цифровой метеостанции. Замеры начинали с 10 00 в связи с утренним поливом, проводимым в 8 00. Обеспеченность субстрата необходимыми питательными элементами проводилась прибором PNT 3000 (Германия), который позволяет определить содержание доступных для растений солей в почве с учётом влажности, плотности, температуры. Показания прибора интерпретировались с использованием таблицы, приведенной производителями.
Обработку полученных данных проводили с применением следующих компьютерных программ: Microsoft Excel, 2010, Statistica 13.0, Стадия 6.2.
Результаты и обсуждение
На графике (рис. 1) приведена среднедневная динамика температуры поверхности контейнеров разного цвета в наиболее активные дневные часы.
Закономерно, что температура субстрата напрямую зависит от степени нагрева стенки контейнера. Как и следовало ожидать, наиболее интенсивно нагреваются поверхности контейнеров и субстрат с южной стороны в 12 00-16 00 часов. Поверхность черного контейнера нагревается выше зеленого (на 3-4оC) и терракотового (на 4,5-5,3оC). Температура субстрата в черном контейнере с южной стороны (в 14 00 часов) достигает 40-41,4 оC, что выше чем в зеленом (на 6,3оC) и терракотовом (на 10оC) градусов. С западной стороны максимальный нагрев поверхности контейнера приходится на 18 00, что напрямую связано с движением солнца. Разница здесь в случае с черным и терракотовым составляет 3оC, черным и зеленым 2оC. Различия нагрева субстрата с западной стороны в контейнерах всех цветов варьируют в пределах 3оC. С восточной стороны пик нагрева поверхности контейнера приходится на 12 00, контейнеры всех цветов прогревается интенсивнее воздуха на 3-5оC. Температура субстрата в черных контейнерах выше на 4оC по сравнению с терракотовыми и на 1оC – по сравнению с зелеными. С северной стороны пиковые температурные нагрузки приходятся на 16 00-18 00 часов, что связано с падением солнечных лучей по касательной к поверхности горшка и общим прогревом субстрата (рис. 2).
Для определения уровней связи между нагревом поверхности стенки и субстрата с различных сторон был проведен корреляционный анализ. Коэффициенты корреляции, рассчитанные для контейнеров различных цветов, приведены в таблице 1.
Установлена высокая связь между нагревом стенок горшка и субстрата с северной (r=0,95-0,98), южной (r=0,84-0,99), западной (r=0,96-0,99) сторон. Несколько ниже значение коэффициента корреляции с восточной стороны (r=0,29-0,81). Это связано, прежде всего, с отсутствием прямого воздействия солнечных лучей на эту часть контейнера во второй половине дня. Уровень связи в контейнерах разных цветов достоверно не отличается.
Анализ результатов замеров биометрических показателей в первом сезоне (2013 г.) выявил наличие незначительных различий прироста в высоту у растений в контейнерах различных цветов.
Растения, выращиваемые в зеленых контейнерах, опережают по приросту остальные варианты (рис. 3а), но различия недостоверны при 5 % уровне значимости, что подтверждается результатами дисперсионного анализа (Fф (з-ч) =0,55<Fst=0,58, Fф(з-т) =0,52<Fst=0,59). Расчет критериев Стьюдента и Фишера, также не выявил достоверных различий. К концу сезона различия прироста практически нивелировались.
Диаметральный прирост является надежным показателем интенсивности роста туи западной. В нашем опыте при более высоких стартовых параметрах растения в черных контейнерах к началу августа начали отставать от двух других вариантов по данному признаку (рис. 4а). Прирост в черных горшках на 11,6 % меньше, чем у зеленых и на 9,3 %, чем у терракотовых. Расчет критерия Стьюдента (t) показал наличие достоверных различий между выборочными средними значениями диаметра корневой шейки у туй из зеленого и черного контейнеров (tф=2,42> tst=2,10). Прирост по диаметру у терракотовых и черных (tф=2,61> tst=2,10). Различия диаметра у туй в терракотовых и зеленых контейнерах не достоверны.
Рис. 1. Среднедневная динамика температуры поверхности посадочных контейнеров трех цветов в солнечные дни летнего периода 2013 г. (Результаты получены авторами)
Рис. 2. Среднедневная динамика температуры субстрата посадочного контейнера трех цветов в солнечные дни летнего периода 2013 г. (Результаты получены авторами)
Таблица 1
Коэффициенты парной корреляции между температурой стенки контейнера и прилегающего субстрата
|
Корреляционная связь между показателями |
Северная сторона (r) |
Южная сторона (r) |
Западная сторона (r) |
Восточная сторона (r) |
|
Черный контейнер |
||||
|
Температура стенки контейнера и прилегающего субстрата |
0,96 |
0,99 |
0,99 |
0,68 |
|
Температура стенки контейнера и субстрата в центре контейнера |
0,98 |
0,93 |
0,99 |
0,29 |
|
Терракотовый контейнер |
||||
|
Температура стенки контейнера и прилегающего субстрата |
0,97 |
0,93 |
0,97 |
0,78 |
|
Температура стенки контейнера и субстрата в центре контейнера |
0,98 |
0,93 |
0,96 |
0,76 |
|
Зеленый контейнер |
||||
|
Температура стенки контейнера и прилегающего субстрата |
0,95 |
0,94 |
0,99 |
0,81 |
|
Температура стенки контейнера и субстрата в центре контейнера |
0,96 |
0,84 |
0,96 |
0,49 |
*Результаты получены авторами.
Дисперсионный анализ показывает наличие влияния фактора (цвет контейнера) на диаметральный прирост туи на уровне 22 % от всей совокупности факторов. Фактическая достоверность Fф=3,843 > Fst=3,71 соответствует первому порогу безошибочного суждения (95 %). Во втором сезоне (2014 г.) ситуация повторилась. В июле, августе и сентябре прирост по высоте растений в зеленых контейнерах был более интенсивным.
Однако данные различия также сгладились к концу вегетативного периода, что, возможно, связано со снижением среднесуточной температуры и, соответственно, с исключением воздействия высоких температур на растения во всех цветовые вариантах. Результаты дисперсионного анализа не выявили достоверных различий при 5 % уровне значимости (Fф=0,55<Fst=3,2, Fф з-т=0,51<Fst=3,2).
Самый большой диаметральный прирост зафиксирован у туй из зеленых горшков. В летние месяцы различия у растений из черного и терракотового контейнеров не значительные. При статистической обработке данных 2015 года расчет критериев Стьюдента и Фишера не выявил достоверных различий средних значений диаметрального прироста туи в контейнерах различного цвета, между зеленым и черным контейнером (tф=5,2> tst=2,10) (Fф=1,35> Fst=3,2), а также терракотовым и черным (tф=2,7> tst=2,10) (Fф=1,32> Fst=3,2). Различия между зеленым и терракотовым несущественны, (tф=0,5<tst=2,10), (Fф=0,9<Fst=3,2). Высота растений к концу эксперимента была практически одинаковой во всех вариантах, достоверных различий по данному признаку не установлено.
Анализ активности солей в субстрате контейнеров показывает, что торфяной субстрат, помещенный в контейнеры в начале эксперимента, имел одинаковую по значению активность солей (fb=0,38-0,42), что свидетельствует о достаточной и высокой доступности таких макроэлементов как N, P, Cl, S, К, Na, Ca, Mg и микроэлементов B, Mo, Fe, Mn, Zn, Cu, Al. В. В течение вегетативного периода наметилась тенденция снижения жизненно-важных элементов, причем наиболее значительное снижения уровня указанных минеральных элементов установлено в субстрате, помещенном в черные контейнеры.
а
б
в
Рис. 3. Ход роста растений туи западной «Смарагд» по высоте в горшках различных цветов:
а – 2013 г., б – 2014 г., в – 2015 г (Результаты получены авторами)
а
б
в
Рис. 4. Интенсивность прироста по диаметру у растений туи в контейнерах трех цветов:
а – 2013 г., б – 2014 г., в – 2015 г (Результаты получены авторами)
Низкое значение коэффициента (fb) микроэлементов указывает на медленное усвоение таких микроэлементов как: Fe, Mn, Zn, Cu, Al. Недостаток данных элементов приводит к ингибированию фотосинтеза, азотного и фосфорного обмена, окислительно-восстановительных реакций, синтеза и окисления ауксинов, что в свою очередь приводит к уменьшению прироста в высоту. В конце вегетативного периода наиболее высокие показатели активности солей отмечены в субстрате в контейнере зеленого цвета в периферийной, корнеобитаемой, зоне (fb=0,26). В центре контейнера значения существенно ниже и почти не зависят от цвета контейнера. Так в контейнере терракотового цвета в периферийной зоне (fb=0,23), в черном (fb=0,17), зеленом (fb=0,24)
Расчет критерия Стьюдента и Фишера, при обычной (5 %) точности исследования, для средних значений активности солей в контейнерах различного цвета выявил различия между зеленым и черным контейнером (tф=5,2> tst=2,10) (Fф=5,1> Fst=3,2), а также терракотовым и черным (tф=2,7> tst=2,10), (Fф=10,2> Fst=3,2). Различия между зеленым и терракотовым несущественны (tф=0,5<tst=2,10), (Fф=0,9<Fst=3,2). Однофакторный дисперсионный анализ показывает, что нулевая гипотеза отвергается Fф=8,01 > Fтеор=3,2 и подтверждается наличие влияния фактора на отклик. Сила влияния фактора «цвет контейнера» составляет 37,5 %.
Исследования, проведенные в течение последующих двух вегетационных периодов, свидетельствуют о том, что по мере истощения субстрата активность солей в контейнерах всех цветов снижается и к концу 2014 года в периферийной зоне до fb=0,13-0,14, и не имеет достоверных различий в зависимости от цвета контейнера. Внесение минеральных удобрений в начале сезона позволяет увеличить содержание активных ионов до нормальной обеспеченности fb =0,4-0,34, но уже в середине лета данный показатель снижается до 0,12-0,15.
Сила влияния фактора «цвет контейнера» к концу 2015 года не превышал 5 %.
Выводы
- Поверхность стенки черного контейнера нагревается выше зеленого и терракотового (на 3оC-4,5оC). Температура субстрата в черном контейнере с южной стороны поднимается выше 40оC, и превышает по данному показателю температуру в зеленом (на 15 %) и терракотовом (на 24 %) горшках.
- Как показывают данные наблюдений, установлена высокая корреляционная связь (r=0,81-0,98) между нагревом стенок, субстрата с различных сторон света и нагревом в центральной части горшка. Самый низкий уровень связи у черного контейнера с восточной стороны (r=0,29-0,69).
- Анализ хода роста саженцев, участвующих в опыта, выявил незначительные различия прироста по высоте и диаметру в контейнерах различных цветов. Растения в зеленых контейнерах опережают по приросту остальные варианты, но различия недостоверны при 5 % уровне значимости.
- Анализ активности солей в субстрате контейнеров показывает, что торфяной субстрат имеет различное содержание макро и микроэлементов после первого года выращивания в нем растений туи западной в контейнерах различных цветов. По-видимому, высокая температура в черном контейнере приводит к увеличению скорости химических реакций, а также более интенсивному выщелачиванию основных элементов питания из субстрата. Сила влияния фактора «цвет контейнера» составляет 37,5 % от всей совокупности.
- К концу эксперимента сила влияния фактора «цвет контейнера» на содержание доступных макро- и микроэлементов не превышал 5 %.
- Таким образом, цвет контейнера не оказывает серьезного влияния на рост посадочного материала в питомниках. Выбор данного параметра целесообразно рассматривать с маркетинговой стороны вопроса.
1. Dospehov, B. A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovaniy) / B. A. Dospehov. - M.: Agroprom, 1985. - 351 s. - Bibliogr.: s.346.
2. Drozdov, S. N. Termorezistentnost' aktivno vegetiruyuschih rasteniy / S. N. Drozdov, V. K. Kurec, A. F. Titov. - L.: Nauka: Leningr. otd-nie. - 1984. - 168 s. Bibliogr.: s.163-165.
3. Konteynernyy metod vyraschivaniya posadochnogo materiala i perspektivnost' ego vnedreniya v pitomniki Saratovskoy oblasti / S.V. Kabanina, M.Yu. Sergadeeva, K. V. Balina, O.V. [i dr.]- Balashov: Izd-vo «Nikolaev», 2004. -20 s. Bibliogr.: s.18.
4. Kupriyanova, A. G. Vyraschivanie i usloviya soderzhaniya konteynernyh rasteniy v ozelenenii: 06.03.04 «Agrolesomelioraciya i zaschitnoe lesorazvedenie, ozelenenie naselennyh punktov» dis… kand. s.-h nauk : zaschischena 20.11.2009 / Kupriyanova Aleksandra Genrihovna. FGOU VPO «SGAU im. N.I. Vavilova» - Saratov, 2009. - 171 c. Bibliogr.: s.131-152.
5. Kurec, V. K. Statisticheskoe modelirovanie sistemy svyazey rastenie - sreda / V. K. Kurec, E. G. Popov; AN SSSR, Karel. nauch. centr, In-t biologii: Leningrad, Nauka, 1991. - 152 s. Bibliogr.: s. 142-148. - ISBN 5-02-026704-X.
6. Progressivnye tehnologii razmnozheniya derev'ev i kustarnikov / V. G. Zinov'ev N.N. Vereykina, N.N. Harchenko, V.B. Lyubimov; M-vo obrazovaniya i nauki RF, GOU VPO «VGLTA», NIU «BelGU». Belgorod - Voronezh, 2002. - 136 s. Bibliogr. s.118-135.
7. Zhigunov, A. V. Teoriya i praktika vyraschivaniya posadochnogo materiala s zakrytoy kornevoy sistemoy dlya lesovosstanovleniya 06.03.01 - «Lesnye kul'tury, selekciya, semenovodstvo» dis… dokt. s.-h nauk: zaschischena / Anatoliy Vasil'evich Zhigunov: LenNIILH - Leningrad, 1998. - 294 s. Bibliogr.: s. 269-294.
8. Ceplyaev, A. N. Analiticheskoe opisanie teplovogo sostoyaniya konteynera dlya posadochnogo materiala. // Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2013. - №88(04). - URL: http://ej.kubagro.ru/2013/04/pdf/29.pdf. (data obrascheniya: 21.02.2020).
9. Ceplyaev, A. N. Vliyanie temperatury na rost kizil'nika blestyaschego (Cotoneaster lucidus) pri vyraschivanii po sisteme Pot-in-pot / A. N. Ceplyaev. // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2012. - №7 (105). - S.74-78. Bibliogr.: s. 74-78(18 nazv.).
10. Whitcomb, S E. Effects of temperature in containers on plant root growth / C. E. Whitcomb, G. W. A. Mahoney. - Oklahoma, 1984. - 855 p.
11. Ceplyaev, A. N. Osobennosti konteynernogo vyraschivaniya rasteniy v usloviyah Central'no-Chernozemnogo regiona. [Tekst] / A. N. Ceplyaev // Pitomniki Rossii: Innovacii i importozameschenie Sbornik dokladov IX ezhegodnoy konferencii Associacii proizvoditeley posadochnogo materiala. - Moskva: APPM, 2016 g.- S.66-70. Bibliogr.:66-70 s.
12. Columbo S. J., Timmer V. R. Limits of tolerance to high temperature causing direct and indirect damage to black spruce. Tree Physiol. 1992.11:95-104.
13. Jensen, G. Effect of temperature and shifts in temperature on the respiration of intact root systems. Plant Physiol. 1960. - Vol. 13(4). - P. 882 - 830.
14. Johnson, C. R. Ingram D. L. Pittosporum tobira response to container medium temperature. HortScience 1984. 19: 524- 525.
15. Gouin, F. R. Soil temperatures of container plants overwinteredunder microfoam. Amer. Nurseryman. 1976. 144(8):9, 82.
16. Ingram, D. L., Webb P. G., Biggs R.H. Interactions of exposure time and temperature on thermostability and protein content of excised Illicium parviflorum roots. Plant and Soil. - 1986. - № 96. - P. 69-76.
17. Levitt, J. Responses of plants to environmental stresses. / Vol. 1. Chilling, freezing and high temperature stresses. / J. Levitt. N.Y. etc, 1980. - 497 p.
