Boreal conifer forests face increasing climate-related stress that threatens their productivity and resilience. In productive forests, sustainable forest management must therefore focus not only on timber production but also the preservation of genetic diversity – the foundation of adaptability. Scots pine (Pinus sylvestris L.), a key species in northern European forestry, has long been the focus of systematic tree breeding. Understanding how the use of improved genetic material affects genetic diversity is essential for ensuring the long-term stability of future forests.

Research carried out within the Latvian National Research Programme No. VPP-ZM-VRIIILA-2024/2-0002 “Innovation in Forest Management and Value Chain for Latvia’s Growth: New Forest Services, Products and Technologies (Forest4LV)” at the Latvian State Forest Research Institute ‘Silava’ addressed this question through simulation modelling and field studies. The results show that genetically improved material can be widely used to increase productivity without threatening genetic diversity, provided that seed sources are applied in a balanced way.

Simulation analyses tested different reforestation strategies at landscape level, varying both the proportion of Scots pine regeneration established with seed orchard material (0–100%), and the number and clones in the contributing orchards. Several hundred naturally regenerated trees and seed orchard material (representing from 20 up to over 200 clones per orchard) were genotyped to serve as simulation dataset.  The results suggest that even if planted Scots pine stands dominate future regeneration, landscape-level genetic diversity can remain comparable to that of natural regeneration as long as several orchards with diverse clonal composition contribute. Even when using seeds from orchard with the fewest clones (20), expected heterozygosity remained at 95% of that in pure natural regeneration when up to two thirds of the total simulated pine forest area was planted.

The analyses also indicated that second-generation seed orchards, even when based on fewer clones, can maintain diversity comparable to larger first-generation orchards (e.g., 25 vs 90 clones) when their parent trees represent a wide geographic range. Both the number of parents and their origin are therefore crucial for maintaining adaptability under changing conditions.

Field studies supported the findings with evidence of performance of seed orchard material during the rotation. In trials of mechanised direct seeding on organic soils, improved material performed well. Genetic analyses showed that 87 % of seedlings originated from the seed orchard 6 years after seeding, and these seedlings were taller and more vigorous, with their advantage increasing as stands aged. This demonstrates that improved seed material remains genetically dominant and growth-effective even in challenging environments.

Figure 1: Key research tasks on Scots pine genetic diversity within the the Latvian National Research Programme Forest4LV, combining simulation modelling and field studies of improved reproductive material

Long-term progeny trials provided further confirmation from older stands. After the first commercial thinning at 30–40 years of age – which removed up to half of the stand basal area – more than 95 % of maternal genotypes were retained, and heritability for growth increased. Thinning therefore enhanced the expression of genetic potential without narrowing the genetic base.

Together, these studies show that genetically improved Scots pine can combine productivity and genetic diversity, ensuring adaptability. Using seedlots from multiple orchards across the landscape ensures that large-scale reforestation with improved material strengthens, rather than reduces, the resilience of future forests.

Pauls Zeltiņš

More about the research project: www.silava.lv

Les forêts boréales de conifères sont confrontées à des contraintes climatiques croissantes qui menacent leur productivité et leur résilience. Dans les forêts productives, la gestion durable des forêts doit donc se concentrer non seulement sur la production de bois, mais aussi sur la préservation de la diversité génétique, fondement de l’adaptabilité. Le pin sylvestre (Pinus sylvestris L.), une espèce clé de la sylviculture en Europe du Nord, fait depuis longtemps l’objet d’une sélection systématique. Il est essentiel de comprendre comment l’utilisation de matériel génétique amélioré affecte la diversité génétique afin de garantir la stabilité à long terme des forêts futures.

Les recherches menées dans le cadre du programme national de recherche letton n° VPP-ZM-VRIIILA-2024/2-0002 “Innovation in Forest Management and Value Chain for Latvia’s Growth: New Forest Services, Products and Technologies (Forest4LV)” à l’Institut national de recherche forestière letton « Silava » ont abordé cette question à travers des modèles de simulation et des études de terrain. Les résultats montrent que le matériel génétiquement amélioré peut être largement utilisé pour augmenter la productivité sans menacer la diversité génétique, à condition que les sources de semences soient utilisées de manière équilibrée.

Les analyses de simulation ont testé différentes stratégies de reboisement au niveau du paysage, en faisant varier à la fois la proportion de régénération de pin sylvestre établie avec du matériel provenant de vergers à graines (0-100 %) et le nombre et les clones dans les vergers contributeurs. Plusieurs centaines d’arbres régénérés naturellement et de matériel provenant de vergers à graines (représentant de 20 à plus de 200 clones par verger) ont été génotypés pour servir de base de données de simulation. Les résultats suggèrent que même si les peuplements de pins sylvestres plantés dominent la régénération future, la diversité génétique au niveau du paysage peut rester comparable à celle de la régénération naturelle tant que plusieurs vergers présentant une composition clonale diversifiée y contribuent. Même en utilisant des graines provenant du verger présentant le moins de clones (20), l’hétérozygotie attendue est restée à 95 % de celle observée dans la régénération naturelle pure lorsque jusqu’à deux tiers de la superficie totale simulée de la forêt de pins ont été plantés.

Les analyses ont également indiqué que les vergers à graines de deuxième génération, même lorsqu’ils sont basés sur un nombre réduit de clones, peuvent maintenir une diversité comparable à celle des vergers de première génération plus grands (par exemple, 25 clones contre 90) lorsque leurs arbres parents représentent une large gamme géographique. Le nombre de parents et leur origine sont donc essentiels pour maintenir l’adaptabilité dans des conditions changeantes.

Des études sur le terrain ont confirmé ces résultats en démontrant les performances du matériel des vergers à graines pendant la rotation. Lors d’essais de semis direct mécanisé sur des sols organiques, le matériel amélioré a donné de bons résultats. Les analyses génétiques ont montré que 87 % des semis provenaient du verger à graines six ans après le semis, et que ces semis étaient plus grands et plus vigoureux, leur avantage augmentant avec l’âge des peuplements. Cela démontre que le matériel semencier amélioré reste génétiquement dominant et efficace en termes de croissance, même dans des environnements difficiles.

Figure 1 : Principales tâches de recherche sur la diversité génétique du pin sylvestre dans le cadre du programme national de recherche letton Forest4LV, combinant modélisation par simulation et études sur le terrain de matériel reproductif amélioré

Des essais à long terme sur la descendance ont apporté une confirmation supplémentaire à partir de peuplements plus anciens. Après la première éclaircie à l’âge de 30 à 40 ans, qui a permis d’éliminer jusqu’à la moitié de la surface terrière du peuplement, plus de 95 % des génotypes maternels ont été conservés et l’héritabilité de la croissance a augmenté. L’éclaircissage a donc amélioré l’expression du potentiel génétique sans réduire la base génétique.

Ensemble, ces études montrent que le pin sylvestre génétiquement amélioré peut allier productivité et diversité génétique, garantissant ainsi son adaptabilité. L’utilisation de lots de semences provenant de plusieurs vergers à travers le paysage garantit que le reboisement à grande échelle avec du matériel amélioré renforce, plutôt que réduit, la résilience des forêts futures.

Pauls Zeltiņš

Pour en savoir plus sur le projet : www.silava.lv

As florestas boreais de coníferas enfrentam um stress crescente relacionado com o clima, que ameaça a sua produtividade e resiliência. Nas florestas produtivas, a gestão florestal sustentável deve, portanto, concentrar-se não só na produção de madeira, mas também na preservação da diversidade genética – a base da adaptabilidade. O pinheiro-silvestre (Pinus sylvestris L.), uma espécie fundamental na silvicultura do norte da Europa, tem sido há muito o foco da reprodução sistemática de árvores. Compreender como a utilização de material genético melhorado afeta a diversidade genética é essencial para garantir a estabilidade a longo prazo das florestas futuras.

A investigação realizada no âmbito do Programa Nacional de Investigação da Letónia n.º VPP-ZM-VRIIILA-2024/2-0002 «Innovation in Forest Management and Value Chain for Latvia’s Growth: New Forest Services, Products and Technologies (Forest4LV)» no Instituto Estatal de Investigação Florestal da Letónia «Silava» abordou esta questão através de modelos de simulação e estudos de campo. Os resultados mostram que o material geneticamente melhorado pode ser amplamente utilizado para aumentar a produtividade sem ameaçar a diversidade genética, desde que as fontes de sementes sejam aplicadas de forma equilibrada.

As análises de simulação testaram diferentes estratégias de reflorestação ao nível da paisagem, variando tanto a proporção de regeneração de pinheiro-silvestre estabelecida com material de sementeira (0-100%), como o número e os clones nas sementeiras contribuintes. Várias centenas de árvores regeneradas naturalmente e material de sementeira (representando de 20 a mais de 200 clones por sementeira) foram genotipados para servir como conjunto de dados de simulação. Os resultados sugerem que, mesmo que as plantações de pinheiro-silvestre dominem a regeneração futura, a diversidade genética ao nível da paisagem pode permanecer comparável à da regeneração natural, desde que vários pomares com composição clonal diversificada contribuam para isso. Mesmo quando se utilizam sementes do pomar com o menor número de clones (20), a heterozigosidade esperada permaneceu em 95% da regeneração natural pura quando até dois terços da área total simulada da floresta de pinheiros foi plantada.

As análises também indicaram que os pomares de sementes de segunda geração, mesmo quando baseados em menos clones, podem manter uma diversidade comparável à dos pomares de primeira geração maiores (por exemplo, 25 contra 90 clones) quando as suas árvores progenitoras representam uma ampla gama geográfica. Tanto o número de progenitores como a sua origem são, portanto, cruciais para manter a adaptabilidade em condições de mudança.

Os estudos de campo apoiaram as conclusões com evidências do desempenho do material do pomar de sementes durante a rotação. Em ensaios de sementeira direta mecanizada em solos orgânicos, o material melhorado teve um bom desempenho. Análises genéticas mostraram que 87 % das plântulas eram originárias do pomar de sementes 6 anos após a sementeira, e essas plântulas eram mais altas e vigorosas, com a sua vantagem aumentando à medida que as árvores envelheciam. Isto demonstra que o material de sementes melhorado permanece geneticamente dominante e eficaz no crescimento, mesmo em ambientes desafiantes.

Figura 1: Principais tarefas de investigação sobre a diversidade genética do pinheiro-silvestre no âmbito do Programa Nacional de Investigação Forest4LV da Letónia, combinando modelação de simulação e estudos de campo de material reprodutivo melhorado

Os ensaios de descendência a longo prazo forneceram mais confirmações a partir de povoamentos mais antigos. Após o primeiro desbaste comercial aos 30-40 anos de idade — que removeu até metade da área basal do povoamento — mais de 95 % dos genótipos maternos foram mantidos e a herdabilidade para o crescimento aumentou. O desbaste, portanto, aumentou a expressão do potencial genético sem estreitar a base genética.

Em conjunto, estes estudos mostram que o pinheiro-silvestre geneticamente melhorado pode combinar produtividade e diversidade genética, garantindo a adaptabilidade. A utilização de lotes de sementes de vários pomares em toda a paisagem garante que o reflorestamento em grande escala com material melhorado fortalece, em vez de reduzir, a resiliência das florestas futuras.

Pauls Zeltiņš

Mais informações sobre o projeto de investigação: www.silava.lv

Los bosques boreales de coníferas se enfrentan a un estrés climático cada vez mayor que amenaza su productividad y resiliencia. Por ello, en los bosques productivos, la gestión forestal sostenible debe centrarse no solo en la producción de madera, sino también en preservar la diversidad genética, que es la base de la adaptabilidad. El pino silvestre (Pinus sylvestris L.) es una especie clave en la silvicultura del norte de Europa y ha sido durante mucho tiempo objeto de programas sistemáticos de mejora genética. Comprender cómo el uso de material genético mejorado afecta a la diversidad genética es esencial para garantizar la estabilidad a largo plazo de los bosques del futuro.

La investigación llevada a cabo en el marco del Programa Nacional de Investigación de Letonia n.º VPP-ZM-VRIIILA-2024/2-0002 «Innovation in Forest Management and Value Chain for Latvia’s Growth: New Forest Services, Products and Technologies (Forest4LV)» en el Instituto Estatal de Investigación Forestal de Letonia «Silava» abordó esta cuestión mediante modelos de simulación y estudios de campo. Los resultados muestran que el material genéticamente mejorado puede utilizarse para aumentar la productividad sin amenazar la diversidad genética, siempre que las fuentes de semillas se apliquen de forma equilibrada.

Los análisis de simulación probaron diferentes estrategias de reforestación a escala de paisaje, variando tanto la proporción de regeneración de pino silvestre establecida con material procedente de huertos de semilleros (0-100 %) como el número y los clones de los material procedente de huertos de semilleros contribuyentes. Se genotipificaron varios cientos de árboles regenerados naturalmente y material procedente de huertos de semilleros (que representaban entre 20 y más de 200 clones por semillero) para utilizarlos como conjunto de datos de simulación. Los resultados sugieren que, incluso si las masas de pino silvestre plantadas dominan la regeneración futura, la diversidad genética a escala de paisaje puede seguir siendo comparable a la de la regeneración natural, siempre que contribuyan varios huertos con una composición clonal diversa. Incluso cuando se utilizaron semillas del huerto con el menor número de clones (20), la heterocigosidad esperada se mantuvo en el 95 % de la de la regeneración natural pura cuando se plantó hasta dos tercios de la superficie total simulada de bosque de pinos.

Los análisis también indicaron que los huertos semilleros de segunda generación, incluso cuando se basan en un número menor de clones, pueden mantener una diversidad comparable a la de los huertos de primera generación más grandes (por ejemplo, 25 frente a 90 clones) cuando sus árboles parentales representan una amplia gama geográfica. Así, tanto el número de padres como su origen son cruciales para mantener la adaptabilidad en condiciones cambiantes.

Los estudios de campo respaldaron los resultados con pruebas del rendimiento de los material procedente de huertos de semilleros durante el turno. En los ensayos de siembra directa mecanizada en suelos orgánicos, el material mejorado obtuvo buenos resultados. Los análisis genéticos mostraron que el 87 % de las plántulas procedían del huerto semillero seis años después de la siembra, y que estas plántulas eran más altas y vigorosas, con una ventaja que aumentaba a medida que envejecían las plantaciones. Esto demuestra que el material semillero mejorado sigue siendo predominante y eficaz para el crecimiento, incluso en entornos difíciles.

Figura 1: Tareas clave de investigación sobre la diversidad genética del pino silvestre en el marco del Programa Nacional de Investigación Forestal de Letonia (Forest4LV), que combina modelos de simulación y estudios de campo sobre material reproductivo mejorado.

Los ensayos de progenie a largo plazo proporcionaron una confirmación adicional a partir de rodales más antiguos. Tras la primera clara comercial a los 30-40 años de edad, en la que se eliminó hasta la mitad del área basimétrica del rodal, se conservó más del 95 % de los genotipos maternos y aumentó la heredabilidad del crecimiento. Así, el tratamiento mejoró la expresión del potencial genético sin reducir la base genética.

En conjunto, estos estudios demuestran que el pino silvestre genéticamente mejorado puede combinar productividad y diversidad genética, lo que garantiza su adaptabilidad. El uso de lotes de semillas procedentes de múltiples huertos a escala de paisaje garantiza que la reforestación a gran escala con material mejorado refuerce, en lugar de reducir, la resiliencia de los bosques futuros.

Pauls Zeltiņš

Más información sobre el proyecto de investigación: www.silava.lv