Различают физические, химические и физиологические приемы подготовки семян к посеву. Применение их в практике зависит прежде всего от формы семенного покоя данного вида семян.
Физические приемы — это полное удаление или механическое повреждение покровов семени (скарификация, импакция), различного рода термические обработки и промывание. При химическом воздействии семена или плоды обрабатывают крепкими кислотами, щелочами, а также другими веществами (микроэлементами, стимуляторами), способствующими проницаемости покровов. Физиологические приемы — это воздействия, влияющие в первую очередь на состояние зародыша. Они, как правило, эффективны только в том случае, когда обработке подвергаются семена, содержащие достаточно влаги. Физиологические приемы связаны, главным образом, с длительным действием таких факторов, как температура в биологически активном диапазоне, свет, состав воздуха, а также с обработкой стимуляторами роста (гиббереллин, ауксин, кинетин).
В практике лесокультурного дела семена с очень твердыми покровами перед посевом скарифицируют, ошпаривают или обрабатывают концентрированной кислотой. Для скарификации семян применяют специальные машины-скарификаторы. После обработки в скарификаторе семена легко поглощают воду и набухают.
Импакция — это повреждение семенной кожуры ударением семян друг о друга или о стенку сосуда. В этом случае кожура повреждается около рубчика без травмирования семян. При встряхивании семян в бутылях или других сосудах к ним иногда добавляют песок. В настоящее время сконструированы аппараты, позволяющие обрабатывать таким способом большую массу семян.
Вместо скарификации семена некоторых видов растений с очень плотной оболочкой (акация белая, гледичия) намачивают в горячей воде (60 °С) до полного ее остывания или ошпаривают. Последнее производят двух-, трехкратным поочередным погружением семян (на 1—2 с) в марлевых мешочках в кипяток, а затем в холодную воду. Однако, учитывая зависимость плотности оболочек от географического происхождения семян, необходимо предварительное пробное ошпаривание.
Вместо ошпаривания можно применять обработку семян концентрированной серной кислотой (акацию белую — 30—50 мин, гледичию — 60—120 мин с последующим намачиванием в воде.
Наиболее широко распространенным способом физиологического воздействия на семена с глубоким семенным покоем (около 75 % древесных пород) является стратификация (от лат. stratum — слой и fasere — делать). Сущность этого способа заключается в переслаивании семян с песком или торфом и выдерживании зимой в специальных помещениях при температуре 1—5 °С. Термин «стратификация» сохранился до настоящего времени, однако лесоводы чаще перемешивают семена с песком или торфом с целью предотвращения распространения грибной инфекции. В ряде стран (например, ГДР) стратификацию лесных семян проводят способом содержания набухших семян во влажном состоянии без субстрата.
Особенности подготовки к посеву семян с органическим покоем обусловлены генетически. Наиболее короткий срок стратификации (1—2 месяца) у семян бука, джузгуна, жостера, жимолости татарской, ясеней пенсильванского и пушистого. Семена абрикоса, бирючины, семечковых, скумпии, смородины золотистой с органическим покоем, вызванным физиологическим торможением прорастания, стратифицируют в течение 3—4 месяцев при температуре 1—5 °С (реже до 10°С). Наиболее продолжительный срок стратификации (от 6 до 8—10 месяцев) необходим для семян, глубокий покой которых обусловлен сочетанием физиологического торможения прорастания с недоразвитием зародыша (аралия маньчжурская, бересклеты, боярышники, граб, кизил, калина, липа, шиповник). Эти семена сначала в течение 1—2 месяцев стратифицируют при температуре 15—20 °С, а остальное время— 1—5 °С. Без такой стратификации недоразвитый зародыш не прорастает. Семена ясеня обыкновенного северной репродукции требуют более длительной (2,5—4 месяца) теплой стратификации. На продолжительность подготовки семян к прорастанию влияют также экологические факторы (лесорастительные и метеорологические условия), сроки сбора, условия хранения семян и другие.
Подсохшие семена бересклета бородавчатого, шиповника, косточковых и других растений необходимо подвергать более продолжительной стратификации, чем свежесобранные.
Эффективность стратификации во многом зависит от соблюдения оптимального температурного режима. Опыт показывает, что наиболее эффективным является режим с небольшими колебаниями температур (1—2°С). Однако семена некоторых видов (аралия маньчжурская и др.) наилучше прорастают при резко меняющихся температурах от 5° (в течение 16—48 ч) до 18—20 °С (8—24 ч).
Стратифицируют семена обычно в ящиках в специальных помещениях (подвалах, погребах) или траншеях. Иногда стратификацию проводят в мешках из неплотной ткани под снегом или в полиэтиленовых мешках, помещенных в холодильники.
В качестве субстрата для стратификации используют чистую и сухую торфокрошку с диаметром частиц 3—4 мм или крупнозернистый песок диаметром более 0,25 мм. Торфокрошка обладает антисептическими свойствами и обеспечивает благоприятное для подготовки семян изменение кислотности среды (pH 5—6). Песок отмывают от примесей и мелких фракций, которые препятствуют доступу воздуха к семенам, и прокаливают в течение 2 ч при температуре 150—200 °С или протравливают серной кислотой с последующей промывкой водой.
В ящиках стратифицируют небольшие партии семян. При этом ящики делают удобными для переноски (высотой не более 30—35 см) и хорошо вентилируемыми, для чего в дне и стенках оставляют отверстия диаметром 0,5— 1 см, размещенные рядами через 10 см и в рядах через 6 см. Предварительно намоченные семена смешивают с торфокрошкой или песком в соотношении по объему 1 : 3 (одна часть семян и 3 части песка или торфа), помещают в ящики и обильно увлажняют в течение 2—3 дней. После этого смесь высыпают на полог, подсушивают и снова помещают в ящики. Для хорошей аэрации и оптимального увлажнения влажность доводят до 60 % полной влагоемкости. Практически такая влажность определяется сжатием субстрата в руке. При этом из торфокрошки должна выделяться редкими каплями вода, а песок после разжатия — сохранять приданную ему форму (ладонь должна быть влажной).
Заполненные ящики переносят в подвал и устанавливают на стеллажах или подкладках толщиной 3—4 см. Смесь семян с песком или торфом два-три раза в месяц перемешивают, удаляют загнившие семена и при необходимости дополнительно увлажняют.
Для весеннего посева семена в процессе стратификации доводят до наклевывания. При преждевременном наклевывании семена помещают под снег и укрывают сверху слоем соломы толщиной не менее 1 м или же в специальные ледники (задерживается дальнейшее развитие ростков). Последние 1—2 недели перед высевом стратифицированные семена полезно помещать под снег (снегование) для повышения их всхожести и энергии прорастания.
В траншеях, как правило, стратифицируют крупные семена и в больших количествах. В зависимости от режима стратификации готовят зимние промерзающие (холодные) и непромерзающие (теплые), а также летние траншеи. Их закладывают на сухом возвышенном месте, окапывая для защиты от мышей канавкой с отвесной стенкой. Для стратификации семян с физиологическим покоем длительностью до 3—4 месяцев (т. е. требующих воздействия температуры выше 0 °С менее короткий срок) используют холодные траншеи глубиной около 60 см и шириной 100 см с дощатым полом на высоте 20 см от дна. Слой стратифицируемых семян толщиной 30—35 см закрывают досками, на которые кладут 10—25 см соломы, утолщая слой ее к осени до 70 см. После выпадения снега траншеи покрывают полуметровым его слоем, а весной за несколько дней до посева открывают для оттаивания.
Семена с более длительным покоем (вишня, граб, лещина, орехи, слива и др.), требующие плюсовой температуры в течение зимнего периода, помещают в теплые траншеи, которые отличаются от холодных лишь увеличенной до 80—100 см глубиной и устройством через каждые 1,5—2 м вентиляционных колодцев (труб, пучков камыша или хвороста). Слой семян с субстратом в этом случае увеличивается до 50 см, а верхний слой соломы — до 1 м. В теплых траншеях температура в осенний период не должна превышать 5 °С, в связи с чем постоянно ведутся наблюдения и при повышении температуры траншеи на ночь открывают. Смесь семян с субстратом в траншеях до морозов через каждые 10 дней перемешивают и доувлажняют. Если семена преждевременно наклюнулись, траншеи открывают, сверху кладут лед или насыпают метровый слой снега и покрывают соломой слоем 15—20 см.
Летние траншеи используют для предварительной стратификации свежесобранных и прошлогодних семян с глубоким семенным покоем (бересклетов бородавчатого и европейского, бузины, шиповника, ясеня обыкновенного и др.) с последующим посевом их осенью или весной после дальнейшей стратификации в зимний период. Летние траншеи глубиной 30—35 и шириной 50—70 см заполняют смесью семян с песком, закрывая их сверху досками и соломой слоем 10—15 см. Осенью семена из летних траншей переносят в зимние непромерзающие траншеи или погреба для продолжения стратификации.
Стратификация в снегу эффективна для семян многих древесных пород не только с глубоким, но и с вынужденным покоем. При этом в 1,5—2 раза сокращаются сроки подготовки семян к посеву, повышается их энергия прорастания и грунтовая всхожесть в связи с тем, что семена находятся, как и в естественных условиях, под воздействием низкой температуры и талой воды, структура которой по размещению атомов кислорода и водорода подобна структуре воды живого организма и отличается от обычной высокой активностью. Снегование мелких семян (жимолости татарской, ирги канадской и крупнолистной и др.) проводят в марлевых мешочках, а крупных (клена остролистного, явора, сосны кедровой сибирской и корейской и др.) — в снежных траншеях. Семена насыпают в мешочки до 1/3—объема, помещают на очищенной поверхности почвы, разравнивают до толщины 2—3 см и засыпают слоем уплотненного снега, который покрывают слоем соломы, опилок или лапника. В ящиках семена смешивают со снегом и помещают так же, как и мешочки, под снег. При наступлении устойчивого снежного покрова на дно траншей насыпают снег слоем 20 см, на который укладывают послойно по 8—10 см семена и снег. Сверху траншеи насыпают метровый слой снега, покрывая его соломой, опилками или лапником. Из-под снега семена извлекают в день посева или накануне, прогревая их на солнце и просушивая до состояния сыпучести.
После стратификации перед посевом крупные и средние семена отделяют от субстрата на грохотах или отмывают водой, а трудно отделяемые мелкие (смородины золотистой, рябины и др.) — высевают вместе с ним.
Семена с вынужденным покоем (сосны обыкновенной, ели обыкновенной, пихты, акации желтой, березы и др.) можно высевать без предварительной подготовки. Однако при весеннем посеве с целью получения более быстрых всходов их также целесообразно подвергать снегованию в течение 2—3 недель.
В полиэтиленовых мешках семена подготавливают без субстрата после предварительного их намачивания до полного набухания, выдерживая затем в холодильнике при температуре 1—5 °С.
В случае поступления семян в питомник незадолго до весеннего посева, когда обычную стратификацию уже нельзя провести, возникает необходимость в зависимости от вида применять такие ускоренные приемы стратификации: предварительное намачивание в теплой воде, повышение температуры, чередование повышенных и пониженных температур, механическое или химическое воздействие, обработка семян стимуляторами роста, насыщение в вакууме и др. Например, семена абрикоса можно прорастить почти в 6—8 раз быстрее, чем при обычной стратификации,
путем предварительного намачивания в воде, нагретой до 35 °С, в течение 3 суток, затем залить их водой с температурой 16—18°С и выдержать 9—12 суток при 30—35 °С. Для ускорения растрескивания косточек плодовых, а также орехов лещины, бука и других орехоплодных рекомендуется перед началом холодной стратификации проводить двухнедельную тепловую подготовку. Семена облепихи после трехсуточного намачивания в воде стратифицируют в помещении в течение 30 дней, а орешки сосны кедровой корейской — 70—90 дней при 0 °С. Семена лоха узколистного прорастают на 15—20-й день (более чем в 10 раз быстрее) после того, как их замачивают в горячей (50— 60 °С) воде в течение суток, а затем стратифицируют при температуре 16—20 °С.
При переменных температурах стратифицируют семена аралии маньчжурской, бархата амурского, скумпии, смородины золотистой, лещины и др. При этом семена аралии подвергают попеременному действию температуры 0—5 и 10—15 °С, лещины — соответственно 0 и 5°С, а бархата и смородины — минусовым и плюсовым температурам (промораживание и оттаивание). Такое воздействие сокращает сроки подготовки более чем в 2 раза.
Механическое воздействие (скарификацию) применяют перед стратификацией семян лоха узколистного и других с твердой непроницаемой оболочкой семян.
Химическому воздействию в виде предварительной обработки концентрированной серной кислотой подвергают семена можжевельника виргинского и некоторых других растений, соблюдая правила безопасности при работе с кислотами. Семена обрабатывают кислотой в течение не более 30—50 мин с последующей промывкой их водой и дальнейшей стратификацией при температуре 0—5 °С в течение 90—120 дней (вместо обычной стратификации 160—180 дней).
Перспективной является стимуляция прорастания семян гормонами (гиббереллиновая кислота, кинетин, бензоламинопирин) и некоторыми другими веществами (фенилмочевина, калийная селитра и др.). Концентрация растворов и время обработки семян устанавливаются опытным путем. Растворы гормонов используют в концентрациях 0,001 — 0,1%, а остальных веществ — 0,1 — 1 % и выше. При этом учитывают также количество раствора, расходуемого на определенный объем семян, состояние их покровов и температуру обработки.
Природа воздействия ростовых веществ на семена при подготовке их к прорастанию различна. Так, гиббереллин усиливает рост зародышей, но не способствует выходу семян из состояния глубокого покоя. Нестратифицированные семена груши обыкновенной, рябины, яблони лесной и некоторых других древесных растений, замоченные в 0,002 % растворе гиббереллина в течение трех суток, а затем смешанные с влажным песком, прорастают на 6— 7-й день, т. е. почти в 10 раз быстрее, чем после обычной стратификации. В то же время цитокинины (кинин, бензиламинопирин и возможно другие) при определенных условиях сокращают период стратификации, не влияя на ход доразвития зародыша.
Для семян с труднопроницаемой оболочкой предложен совершенно новый способ подготовки — принудительное насыщение в вакууме, позволяющее проводить этот процесс механизированным путем непосредственно перед посевом. При этом семена помещают в металлическую камеру, заполняемую водой через автоматический клапан до определенного уровня. Всплывание семян в камере ограничивается подпружиненным диском. С помощью вакуумного насоса из камеры откачивают воздух. В результате в момент разрежения поглощенный при нормальных условиях воздух бурно выделяется из жидкости и из находящихся в ней семян. Такое состояние в камере поддерживается в течение 0,5—1,5 ч в зависимости от вида семян и плотности оболочки. Лучше этот процесс протекает при разрежении воздуха до 1 атм и использовании теплой воды. По окончании цикла обработки насос останавливают, отворачивают игольчатый клапан и камера сообщается с атмосферой. При этом из-за резкого повышения давления в камере вода проникает в освободившиеся от воздуха полости межклетников и тканей семян. После такой подготовки влажность готовых к посеву семян акации белой, ореха грецкого и черного, абрикоса обыкновенного и боярышника однопестичного повышается в 1,5—3 раза по сравнению с влажностью стратифицированных, а грунтовая всхожесть их — на 16—21 %. Производительность установки за смену достигает 500 кг семян, а трудовые затраты по сравнению со стратификацией сокращаются в 20—30 раз.
В настоящее время разрабатываются и другие способы ускоренной подготовки семян с глубоким покоем.
Семена, обладающие вынужденным покоем, не требуют какой-либо особой подготовки к посеву. Однако в зависимости от биологических особенностей вида и поставленной задачи их прорастание иногда также можно стимулировать намачиванием, гидротермическим, химическим или механическим воздействием, воздушно-тепловой обработкой или снегованием, а иногда и стратификацией, которая дает положительные результаты.