Обзор инновационных технологий выращивания дерева.

Предпосылки внедрения технологий

Раньше дефицит древесины был обусловлен тем, что основной ее процент шел на экспорт. Сейчас же мощности переработки загружены практически на 100%. Однако основное их сосредоточение приходится на Европейскую часть России, где значительная часть леса уже пущена под топор.

На Урале, где располагаются главные запасы древесины, лесоперерабатывающая промышленность за исключением единичных регионов пока развита довольно слабо. В результате перерабатывающие компании несут серьезные затраты на транспортировку сырья, которые благодаря росту железнодорожных тарифов постоянно увеличиваются.

Кроме того, освоение лесных ресурсов сдерживается необходимостью крупных инвестиций в строительство лесовозных дорог. До последних лет заготовка древесины была привязана к уже построенным дорогам, и к настоящему времени эти запасы «доступных» лесов близки к истощению. Реальные запасы древесины, заготовка которой представляется экономически целесообразной, могут оказаться не так уж и велики. 

Обозначенная проблема может быть решена как экстенсивным, так и интенсивным путями. В первом случае речь идет об освоении новых регионах лесных запасов за счет увеличения инвестиционных вложений в создание лесо-промышленных комплексов. Либо переход действующих предприятий к освоению передовых технологий выращивания промышленного леса, позволяющих на месте вырубок получать «готовую к употреблению» древесину за значительно более короткие сроки по сравнению с традиционным выращиванием.

В настоящее время можно выделить следующие инновационные технологии выращивания деревьев: выращивание генетически модифицированных пород, технология «закрытой корневой системы» и метод прививания. Несмотря на абсолютное различие применяемых технологических процессов, все они нацелены на получение качественного древесного материала в как можно более короткие по сравнению с традиционными схемами сроки.

Выращивание ГМ-деревьев 

В то время как биотехнология может быть сильно ограничена или даже запрещена в сфере пищевой промышленности, ее позиции становятся сильными в непродовольственном секторе, в том числе и в лесной промышленности. Первое генетически модифицированное дерево было получено в 1987 г. К настоящему времени опыты по использованию в лесном хозяйстве генетически модифицированных деревьев проводятся в 35 странах. Всего за последнее десятилетие было проведено около 2700 экспериментальных исследований, связанных с внедрением различных биотехнологий в лесное хозяйство.

Примерно 70% этих опытов приходится на развитые страны мира: США, Канаду и Францию. Объем мировых инвестиций насчитывает сотни миллионов долларов. Биотехнологические эксперименты проводились на 140 породах (биологических родах) деревьев, но 60% приходится на 6 из них — сосну, эвкалипт, ель, тополь, дуб и акацию. Примерно 19% биотехнологических экспериментов в лесном хозяйстве приходится на опыты, связанные с генетической модификацией.

Полевые испытания проводятся только в 16 странах. Всего в мире имеется 270 участков, на которых выращиваются генетически модифицированные деревья, большинство из которых приходится на США.
В Северной Америке и Европе исследования контролируются по большей части правительством и научными сообществами, в то время как в странах Латинской Америки, Африки и Юго-Восточной Азии исследования были отданы на откуп частному сектору. Все это уже привело к тому, что в последние годы резко увеличилось количество коммерческих плантаций, и оно продолжает расти. По прогнозам, разработка коммерческих ГМ-плантаций начнется в Индонезии, Чили и, возможно, Бразилии. Тем не менее, в настоящий момент к выращиванию разрешено только одно дерево – папайя.

Особенности технологии

Основные усилия ученых направлены на определение ключевых генетических модификаций, влияющих на формирование наиболее ценных для промышленности свойств древесины, которые позволят увеличить продуктивность и снизить себестоимость продукции. К ним относятся:

• темпы роста (это позволит снизить возраст и оборот рубки деревьев);
• устойчивость к пестицидам и болезням для уменьшения убытков;
• устойчивость к гербицидам для увеличения урожая;
• солеустойчивость (позволит деревьям расти на почвах, засоленных при ирригации древесных плантаций);
• химические композиции древесных волокон, особенно лигнина (позволит снизить цену и упростить технологию производства бумаги);
• чувствительность к длине светового дня (увеличит количество регионов, пригодных для выращивания таких деревьев);
• озоновая и стрессовая устойчивость.

Однако регламентируемые выгоды генетической модификации деревьев стоит рассматривать, прежде всего, с учетом их экологической безопасности. По мнению специалистов, главная угроза ГМ-деревьев в их приспособляемости. Велика вероятность вытеснения естественных лесов.

При этом трансгенные породы не могут выполнять их функции: водоохранные, поддерживать биоразнообразие, служить для местных жителей источником пищи, древесины и лекарственных растений. Кроме того, пыльца деревьев распространяется на сотни километров, и никто и никогда не сможет исключить возможность генетического загрязнения естественных лесов не только той же самой породы, что и соседние ГМ-образцы, но и родственных видов.

В ответ ученые заявляют о стерильности генетически модифицированных пород, что, в свою очередь, может привести к еще более тяжелым последствиям. Как известно, семена деревьев – важный источник питания для насекомых и птиц. Если ГМ-деревья не будут их иметь, то такие леса станут «зеленой пустыней», не имеющей ничего общего с полноценными лесными экосистемами.

Промышленное применение

Основным движущим фактором развития генной инженерии в лесной отрасли является коммерческий интерес. Одна из главных задач, стоящих перед учеными – получение однородной продукции. Естественный лес как сырье очень разнороден, а неоднородность продукта снижает его коммерческую стоимость. С промышленной точки зрения, генные плантации имеют неоспоримое преимущество, поскольку предполагают получение большого количества однородной древесины. Потенциальные выгоды для транснациональных компаний от использования технологий генной инженерии в лесной промышленности громадны: оценочная стоимость ежегодного мирового урожая древесины уже сейчас превышает 400 млрд. долларов. Однако о начале использования генетически модифицированных деревьев в промышленных целях заявил пока только Китай, остро испытывающий нехватку древесных материалов. В целях удовлетворения растущего спроса на древесину Китай намерен увеличивать объемы выращивания ГМ-деревьев. Наиболее распространенное дерево в стране – тополь. Пока плантации трансгенных тополей занимают всего 200 га.

Аналитики Организации по пище и агрокультурам при ООН сомневаются в экономической целесообразности применения биотехнологий в лесном хозяйстве, так как стоимость продуктов лесной отрасли на мировом рынке гораздо меньше стоимости продовольствия. Специалисты убеждены, что плантации генетически измененных деревьев останутся относительно ограниченными по площади.

Отечественный опыт

В России законодательством запрещено выращивание генетически модифицированных культур. Однако в 2002 г. Центр экологического обучения и информации (Екатеринбург), Уральский государственный университет им. А. М. Горького (кафедра физиологии растений), общественная организация «Ассоциация зеленого движения» (Нижний Тагил) совместно с Лабораторией промышленной ботаники Фрайбургского университета (Германия) решились на проведение исследований по выращиванию модифицированных тополей в рамках эксперимента по фитоочистке почв от тяжелых металлов. Основная задача ученых было изучение возможности рекультивации техногенных земель с использованием растений, обладающих повышенной устойчивостью к тяжелым металлам. В качестве предмета исследования использовали трансгенные тополя, представляющих собой природный гибрид тополя и осины, в который были введены дополнительные гены из ДНК того же тополя, отвечающие за синтез соединений, содержащих серу. Таким образом, в растении были усилены свойства усваивать из окружающей среды сульфиды, сульфиты, сульфаты и другие соединения серы и переводить их в фиксированную, нерастворимую форму. Всего было высажено 188 деревьев в окрестностях Нижнего Тагила. Они были созданы в Институте физиологии деревьев в Германии.

Известно, что практическая часть эксперимента завершена, а теоретическая – продолжается до настоящего времени.

Технология «закрытой корневой системы»

Технология выращивания деревьев с использованием посадочного материала с закрытой корневой системой впервые была предложена финнами около 40 лет назад. Ее суть – в использовании в качестве посадочного материала саженцев или сеянцев, растущих в специальных горшках-контейнерах (кассетах). При пересадке на постоянное место такие саженцы вынимаются из контейнеров и высаживаются с комом земли, благодаря чему их корневая система совершенно не повреждается и саженцы значительно легче переносят пересадку.

Существует несколько различных технологий выращивания саженцев или сеянцев с закрытой корневой системой.

В мире наиболее распространена технология выращивания однолетних сеянцев, преимущественно хвойных пород (сосны, ели), в небольших контейнерах в специальных теплицах, где обеспечиваются необходимый микроклимат, своевременные поливы и подкормки (несмотря на маленький объем каждого контейнера, земля в нем не пересыхает и запас необходимых питательных веществ не истощается).

Как правило, контейнеры для такого выращивания представляют собой некоторое подобие сот – множество пластиковых ячеек, напоминающих стаканчики для йогурта, заполненных земляной смесью. В каждой из таких ячеек выращивается по одному сеянцу (обычно изначально высевается по два-три семени и после их прорастания всходы вручную прореживаются, а в пустые ячейки или семена высеваются заново, или пересаживаются лишние всходы из соседних ячеек). Сеянцы, выращиваемые по такой технологии, обычно довольно малы (например, стандартный сеянец сосны обыкновенной имеет высоту около 12–15 см). Поэтому хорошие результаты при посадке таких сеянцев достигаются только в том случае, если почва была специально подготовлена.

Другая технология выращивания саженцев с закрытой корневой системой состоит в том, что сеянцы, выращенные в посевном отделении обычного питомника, пересаживаются в специальные контейнеры с питательной смесью или брикеты из питательной смеси. Как правило, сеянцы в таких контейнерах или брикетах не выращиваются в течение целого сезона, а высаживаются на постоянное место в течение нескольких дней или недель после пересадки в контейнер или брикет. Использование данной технологии позволяет существенно увеличить возможное время посадки сеянцев на постоянное место, а также (за счет правильно подобранной питательной смеси в контейнере или брикете) обеспечить лучший рост деревьев в первое время после пересадки.

Основные преимущества

По сравнению с традиционной технологией выращивания деревьев с открытой корневой системой:

• отсутствие риска травмирования корневой системы при пересадке;
• сокращение сроков выращивания посадочного материала в два раза (в открытом грунте саженцы до стандартной высоты в 12 см растут 3 года, в теплицах – всего 1 год);
• возможность посадки в течение всего периода вегетации (у саженцев с открытой корневой системой существует строгое правило посадки до и после окончания вегетации);
• 100% приживаемость саженцев за счет полностью сформированной корневой системы.

Особенности технологии

Отличительной особенностью технологии является ее относительная дороговизна, обусловленная несколькими факторами. Во-первых, в качестве исходного материала используют, как правило, элитные семена 1-го класса. Кроме того, технологии производства посадочного материала отличают сравнительно высокий уровень механизации и автоматизации процессов его выращивания, транспортировки на лесокультурную площадь и посадки.

В стандартном производственном процессе могут использоваться линии автоматического посева:

1. Специализированные кассеты поочередно подаются на транспортер, где равномерной струей заполняются торфом;
2. Затем специальное устройство уплотняет торф в ячейках;
3. После заполнения кассеты передвигаются к устройству образования лунок, при помощи которого в ячейках для более точного попадания семян выдавливаются ямки;
4. В каждую ячейку высеваются по два семечка;
5. Замес покрывается тонким слоем опилок;
6. кассеты переносятся в теплицу, где в течение полугода поливаются и подкармливаются. Через полгода подросшие саженцы выносятся из теплиц на площадку закаливания.

Также возможно применение специальной установки по обескрыливанию семян, которая обеспечивает бережное сбивание крылатки во время вращения семян в воде. После этого семена хранятся в холодильной камере при температуре строго -1. При этом они должны иметь очень четко установленную влажность, в очень маленьких пределах. Так семена могут храниться десятилетия.

Практическое применение

Технология использования посадочного материала с закрытой корневой системой успешно применяется за рубежом последние четыре десятилетия. В Канаде и в северных европейских странах: Финляндии, Швеции и Норвегии на 90% и более посадка леса производится с использованием этих технологий.

Европейский спрос на высококачественный посадочный материал настолько велик, что в питомниках, как правило, расписано на пять лет вперед, какому лесопользователю и в каких объемах они продадут саженцы и сеянцы.

В России технология начала применяться около 10 лет назад. При этом объемы такого выращивания деревьев уступают мировым показателям. Стоит отметить, что Россия – единственная страна в мире, практикующая до сих пор выращивание в открытом грунте.

Тем не менее, уже существуют практически примеры внедрения новой технологии. В частности, в питомнике Лисинского лесхоз-техникума (Ленинградская область) ежегодно выращивается полмиллиона саженцев с закрытой корневой системой. Использование передовых финских технологий (линия Plantek, производительностью 360 кассет в час), импортного удобрения и торфа позволяет получать высококачественный материал, пользующийся спросом у лесоперерабатывающих и лесозаготовительных предприятий Северо-Западного ФО. Возможности питомника позволяют увеличить объемы посадочного материала до миллиона. Широко используется технология в Нижегородской области, где уже высажено около 6 миллионов саженцев лесных культур.

В настоящее время отчетливо наблюдается тенденция наращивания лесовосстановительных работ в стране. Так, планом действий Рослесхоза к 2008 году намечено увеличить площадь закладки лесных культур до 250 тыс. га, что в 1,7 раза больше нынешних показателей. В 2005 – 2008 годах на базе существующих крупных лесосеменных плантаций и питомников намечено организовать 20 селекционно-семеноводческих центров по производству семян и посадочного материала, в том числе и с улучшенными наследственными свойствами для создания высокопродуктивных лесных насаждений.

Общий объем государственных инвестиций в 2006 г. составил 159 млн руб. (раньше на эти цели расходовалось всего 10–20 млн в год). Такое повышенное внимание к семеноводству объясняется прежде всего стремлением государства противостоять нарастающей экологической угрозе, успеть вырастить лес, который предупредит глобальное потепление климата, а значит, сможет сохранить жизнь на Земле.

Тенденцией настоящего времени является перенесение части ответственности за лесовосстановление на плечи частных компаний. Согласно ст. 90 Лесного кодекса основной объем работ по созданию лесных культур должны выполнить лесопользователи – арендаторы. В действительности промышленные предприятия лесной отрасли являются наиболее заинтересованными лицами в получении высококлассной древесины.

Однако экономические выгоды их в России пока остаются туманными. Если опыт западных стран показывает, насколько рентабелен бизнес выращивания культур с закрытой корневой системой. Стоимость 1 кг семя в Швеции, например, составляет 2 тыс. долларов, в то время, как у нас только 100. При этом велики риски и неопределенность рынка сбыта.

Технология прививания

В настоящий момент также обсуждаются среди российских отраслевиков планы по разведению искусственных лиственных плантаций, выращенных по технологии прививания. Суть ее заключается в том, что к пню тополя или осины с корнями прививается новый росток и срок созревания дерева сокращается с 60 до 20–30 лет. В частности, о своих намерениях заявил Архангельский ЦКБ. Данная методика применяется промышленниками Северной Африки и Италии. В России проектом новации занимается научно-исследовательский отраслевой институт Гидролес совместно с Федеральным агентством лесного хозяйства (ФАЛХ).