На протяжении всего периода выращивания искусственного насаждения, измеряемого десятилетиями, лесовод имеет дело с живыми древесными сообществами и их популяциями.
При этом осуществление лесокультурных и лесоводственных приемов сопряжено с определенными фазами роста и развития культур. В практической деятельности работники лесничеств регулярно выполняют определенные виды работ в рамках этих фаз (приживания растений, жердняка и пр.) и потому четкое осознание сути каждой их них крайне необходимо.
Лесные культуры и, в частности, монокультуры как искусственно созданные одновидовые группировки растений являются модельными популяциями, где действуют регуляторные механизмы, продающие группировке эмергентные свойства. Весь жизненный цикл модельной популяции может быть разбит на последовательное сочетание определенных фаз роста и развития. Причем временное состояние культур отражается соответствующими этапами онтогенеза модельной популяции, характеризующимися наличием ряда индикаторных морфологических и биологических признаков.
В лесоводственной литературе фазы нередко именуются этапами. Оба эти слова надо рассматривать как синонимы, обозначающие в данном случае периоды (промежутки времени), охватывающие то или иное специфическое качественное состояние роста и развития насаждения. Так, Г. Ф. Морозов различал: молодняки — насаждения до начала смыкания; чащу — с момента смыкания до начала дифференциации; жердняки — от начала деятельного изреживания до условно принятого размера, выражаемого средним диаметром 20 см; приспевающий лес; спелый; престарелый лес.
Рассматривая лесной биогеоценоз как динамическое сообщество, И. С. Мелехов выделяет возрастные этапы древостоя, охватывающие его возобновление и формирование: молодняки, жердняки, средневозрастной, приспевающий, спелый и перестойный лес.
В лесокультурном деле мы также имеем дело с различными этапами жизни искусственного насаждения. При этом, какой бы мы не взяли из вопросов практики и науки (уход, густота), все они тесно связаны с фазами его роста и развития.
В 1930 г. Н. П. Кобрановым было выделено восемь фаз искусственного возобновительного процесса, из которых шесть (В, Г, Д, Е, Ж, З) непосредственно относятся к росту и развитию культур.
В. Фаза приживания лесных культур — 1—2 года.
Г. Фаза индивидуального роста и развития культур — 9 лет и более.
Д. Фаза дифференциации искусственно созданного древостоя по степени господства (фаза формирования древостоя). С момента наступления смыкания крон основное явление, характеризующее жизнь посадки — борьба отдельных индивидуумов между собой, в результате которой древостой разделяется на господствующие и угнетенные классы; итог этого разделения — естественное изреживание и естественный отпад части последних. Окончание данной фазы знаменует наступление «критического возраста» древостоя, когда масса хвороста и листовой поверхности, потребность во влаге и зольных веществах почвы достигают максимума. Пережившие его культуры могут считаться вполне благонадежными. Длительность фазы для разных пород может колебаться от 10 до 20 лет.
Е. Фаза формирования стволов искусственно созданного древостоя завершается одновременно с ослаблением прироста в высоту и увеличением по диаметру, усиленным очищением от сучьев. Длительность ее в зависимости от породы, условий произрастания и характера древостоя колеблется от 15 до 30 лет.
Ж. Фаза приспевания искусственно созданных древостоев характеризуется отложением древесного прироста на сформировавшихся стволах и наступлением естественного возобновительного процесса благодаря усилению плодоношения и обсеменения образующихся прогалин. Она может длиться от 10 до 20 лет.
З. Фаза спелости, когда становится целесообразным проведение рубок.
В. В. Огиевский и А. А. Хиров выделили четыре фазы в начальном периоде жизни лесных культур и наметили примерные возрастные их границы.
Фаза приживания наступает непосредственно за посадкой или посевом и у хвойных (1—3 года), когда отпад происходит наиболее интенсивно; прижившиеся растения восстанавливают поврежденную при выкопке корневую систему.
Фаза, предшествующая смыканию (3—10 лет), характеризуется усилением роста культур (в частности, корневых систем, которые обычно в это время смыкаются между собой), дальнейшим преодолением неблагоприятных условий и приспособлением растений к окружающей среде. Продолжительность ее зависит от характера размещения последних на площади и густоты биологических особенностей пород, наличия естественного возобновления, условий произрастания.
Фаза формирования древостоя (чащи) характеризуется постепенным формированием лесной среды, усилением прироста в высоту, началом дифференциации по классам роста (для хвойных 11—20 лет). В этом возрасте устанавливают потребность в осветлениях и прочистках и их направление.
Фаза жердняка (условный возраст хвойных — 21—40 лет) отличается значительной сформированностью древостоя, интенсивным приростом в высоту и дифференциацией роста, появлением отставших в развитии и отмерших деревьев, началом плодоношения (семеноношения) (в разомкнутых молодняках оно начинается раньше). Количество зеленой массы и хвороста, расход воды на транспирацию и потребность в зольных веществах достигают максимума. Для насаждений это напряженный период: только прошедшие его успешно могут считаться вполне благонадежными. Существенную роль уже играют рубки ухода.
Следует отметить, что в литературе имеется больше сведений о фазах роста и развития естественных насаждений, чем искусственных.
Так, П. Н. Тальман выделил шесть фаз развития лесной древесной растительности в связи с ее естественным изреживанием: возникновения древостоя, его приспособления, фаза закрепления (устойчивости) или очищения от менее приспособленных особей, формирования наивысшей устойчивости и спелости, деградации и исчезновения.
Проф. М. Е. Ткаченко выделил тоже шесть этапов (фаз) в жизни древостоя:
1 — появление самосева и поросли;
2 — усиленный прирост в высоту с 5—6-летнего возраста, заканчивающийся смыканием молодняков и образованием чащи;
3 — жердняки (бурный прирост в высоту, или период большого роста), максимальное развитие количества листвы, хвои и хвороста на 1 га, максимальный расход воды на транспирацию и уже вполне четко определяющееся дифференцирование стволов по характеру крон и толщине стволов — критический период в жизни древостоя, особенно искусственного происхождения, когда он нередко полностью погибает; целесообразно уменьшить число особей, так как полог способен выполнять свои функции при меньшем числе деревьев;
4 — усиление темпов прироста по диаметру;
5 — приспевание древостоя;
6 — перестойность и постепенное естественное отмирание; фаутность и отпад деревьев увеличиваются в такой мере, что прирост по запасу на 1 га из положительного переходит в отрицательный.
Проф. П. В. Воропанов в онтогенезе деревьев (насаждений) выделил четыре последовательных возрастных этапа:
1) рекапитуляция, когда Zтекh : Zсрh > 1,0. Начинается с появления проростка семени и длится до наступления возраста возмужалости, т. е. до окончания периода «большого» роста; в отпад идут только деревья из подчиненной части;
2) возмужалость, когда ZтекV : ZсрV ≥ 2,0;
3) зрелость, когда ZтекV : ZсрV = 2—1;
4) старение, когда ZтекV : ZсрV ≤ 1
Отношение ZтекV : ZсрV автор назвал жизненным потенциалом деревьев (насаждений). Размеры его определяют одновременно тот возрастной этап, на котором находится древесный организм или совокупность многих.
Л. Н. Грибанов по результатам многолетнего (1932—1970) изучения особенностей естественного возобновления, формирования, роста и развития сосняков сухого бора дифференцировал динамический процесс становления и развития поколений следующим образом.
I. Стадия вегетативного роста: 1) этап постэмбрионального роста — фаза всходов (от прорастания опавших на почву семян до перехода проростков на корнесобственное питание); 2) этап индивидуального роста самосева от перехода всходов на корнесобственное питание до смыкания кронами — фаза подроста; 3) этап большого роста деревьев в высоту — фаза жердняка. С биологической точки зрения момент смыкания крон, сопровождающийся дифференциацией молодых деревьев по классам Крафта в результате непосредственного влияния их друг на друга, можно считать окончанием процесса естественного возобновления и началом фазы формирования молодого древостоя.
II. Стадия возмужалости древостоя: 1) этап периода большого роста деревьев в толщину; 2) этап окончательного распада и формирования нового поколения леса.
Для высокопроизводительной субори В. Г. Атрохиным выделены следующие этапы:
I — интенсивное формирование соснового древостоя (5—15 лет);
II — замедление скорости прироста или этап начала рубок ухода за лесом (16—20 лет);
III — равномерный прирост запаса или плато прироста (21—30лет);
IV — поспевание древостоя (31—50—70—100 лет);
V — спелость и начало распада древостоя (100—130 лет и более).
Большой вклад в изучение теории искусственного одновидового дендроценоза (на примере культур ели европейской) и фаз развития растений (культур) внесли литовские ученые Л. А. Кайрюкштис и А. И. Юодвалькис. Ими открыто явление смены внутривидовой конкуренции на взаимную толерантность индивидов внутри вида, что, по их мнению, свойственно каждому индивиду, вступающему в одновидовой ценоз, и является новым общебиологическим законом смены характера взаимоотношений между особями внутри вида. Л. А. Кайрюкштис и А. И. Юодвалькис выделили две фазы (обособление, или отчуждение, организмов, внутривидовая толерантность) и ввели понятие «граница критического сближения крон», означающее такую границу их сближения, при которой деревья уже чувствуют взаимное отрицательное влияние, проявляющееся в уменьшении прироста в высоту на 5—10%.
По мере сближения крон непосредственно вслед за периодом границы критического расстояния между ними взаимное угнетение индивидов резко увеличивается, в результате чего текущий прирост и в высоту, и по диаметру резко уменьшается. Таким образом, когда всходы, саженцы или деревца в начале онтогенетического развития (обычно в первом — втором десятилетиях) формируют кроны или создают «ценоз» внутри организма, преобладает острая внутривидовая конкуренция. В этот период любое их сближение вызывает интенсивное отчуждение. Данную фазу ученые назвали фазой обособления, или отчуждения, организмов.
С переходом растений в ценоз и наступлением генетической предрасположенности каждого к определенному типу роста, с образованием вынужденного экологического, а затем и биологического единства между себе подобными организмами взаимное угнетение их ослабевает, и прирост в высоту и по диаметру увеличивается. В этот период острая внутривидовая конкуренция постепенно элиминируется, и особи вступают в фазу внутривидовой толеранции (жердняки, средневозрастные, приспевающие и спелые насаждения), максимальный прирост отдельных деревьев достигается при наличии других индивидов данного вида, находящихся на определенном расстоянии.
Н. П. Кобранов подчеркивал, что достоинство фаз — в их естественности, ибо фазы искусственного лесовосстановления сближаются с классовой дифференцировкой естественно возникших древостоев. Фазы сопровождаются совокупностью хозяйственных мероприятий, необходимых для основной цели (оптимизация роста насаждений): дополнение и оценка культур, регулирование их жизни путем осветлений и прочисток, прореживаний, проходных и обсеменительных рубок.