В 1946 г. Всесоюзным научно-исследовательским институтом лесного хозяйства на Ивантеевском лесопитомнике были заложены опытные культуры древесно-кустарниковых пород в различных вариантах смешения, для того чтобы изучить развитие корневых систем и рост надземных частей растения в молодом возрасте, а также установить тот или иной лесорастительный эффект, наблюдаемый при смешении пород.
Было заложено 12 типов следующих опытных культур:
1) чистая ель; 2) ель с сосной; 3) чистая сосна; 4) ель с березой; 5) чистая береза; 6) сосна с акацией желтой; 7) чистая акация желтая; 8) чистый дуб; 9) дуб с лиственницей; 10) лиственница; 11) лиственница с липой; 12) липа.
Породы смешивались в равных количествах, причем для смешения выбирались наиболее удачные и интересные из существующих типов лесных культур. Для быстрейшего смыкания как надземных, так и подземных органов расстояние между рядами было взято 25 см, а в рядах между саженцами —20 см. В смешанных вариантах культур для равномерного влияния одной породы на другую посадка производилась в шахматном порядке.
Типы культур на опытном участке размещались так, чтобы рядом с вариантами смешанных культур находились делянки с чистыми культурами.
Для предохранения корней от деформации посадка саженцев производилась под лопату. Посадочный материал одной ч той же породы для разных вариантов культур подбирался одинаковый по весу и размеру.
Каждый вариант посадки закладывался в трехкратной повторности.
На третий год после посадки саженцы почти во всех вариантах культур находились в стадии полного смыкания. Особенно хорошего смыкания достигли культуры сосны, березы и дуба как в чистых, так и в смешанных посадках.
Для установления отпада в чистых и смешанных культурах осенью ежегодно производился учет всех растущих и усохших саженцев.
В смешанных культурах в большинстве случаев лучший рост одной породы происходит за счет угнетения другой. Отпад саженцев в смешанных культурах больше, чем в чистых.
Большой отпад сеянцев в смешанных культурах по сравнению с чистыми получился, очевидно, в результате борьбы между отдельными компонентами смешения за питательные вещества и влагу. Однако общий процент отпада растений как в чистых, так и в смешанных культурах невелик (3—5%), поэтому существенных изменений в густоте посадок не наблюдалось.
Осенью 1948 г. были исследованы корневые системы во всех 12 типах культур. К этому моменту саженцы достигли 4-летнего возраста. Для исследований в каждом типе культур закладывались траншеи размером 60x 120 см, причем места для закладки подбирались с таким расчетом, чтобы число растений на 1 м2, при равномерном их распределении, во всех вариантах культур было строго одинаковым. Перед раскопками все стволики срезались вровень с поверхностью почвы и тотчас же взвешивались по каждой породе отдельно. Затем собранный материал высушивался сначала до воздушно-сухого состояния, а затем до постоянного веса в термостате при 100—105°. Вес хвои или листвы определялся отдельно. В каждом варианте культур траншея захватывала площадь 0,72 м2 с 14—15 растениями. Траншеи выкапывались на глубину проникновения корней.
Для учета мелких корней в каждом типе культур в междурядьях бралось корнерезом не менее двух проб. Площадь питания одного растения в исследуемых культурах была равна 500 см2, т. е. соответствовала площади прибора.
Работы по исследованию корневых систем в опытных культурах проводились по изложенной здесь методике.
На основе полученных данных по изучению корневых систем древесных и кустарниковых пород в 4-летнем возрасте можно сделать следующие выводы.
1) Подавляющее большинство (80—90%) крупных и мелких корней у древесных и кустарниковых пород в 4-летнем возрасте как в чистых, так и в смешанных культурах сосредоточено в верхнем горизонте А1 (1—20 см) подзолистой суглинистой почвы. Корневые системы в этом горизонте густо переплетаются, образуя довольно плотную сеть. Степень развития корней зависит от строения почвы и глубины их залегания.
Количество корней в пределах почвенного горизонта при углублении в него резко уменьшается. Так, в верхнем 10-сантиметровом слое горизонта А2 корней содержится в 3—5 раз больше, чем в нижележащем 10-сантиметровом слое того же горизонта. Еще ниже, в подзолистом горизонте, содержится незначительная часть корневой массы (10—15%).
2) Корневые системы разных пород при смешении проникают в почвогрунт глубже, чем в чистых культурах.
3) Корни лиственных пород более активно проникают в почвогрунт, чем корни хвойных. Корни хвойных пород распространяются в уплотненных горизонтах преимущественно по трубкам старых сгнивших корней лиственных пород, а также трещинам и ходам червей.
4) При совместном произрастании двух пород в смешанных культурах корневая система одной какой-либо породы в большинстве случаев развита сильнее, чем в чистых культурах.
Кроме этих, общих для всех пород положений, в характере развития корневых систем имеются индивидуальные особенности, свойственные в молодом возрасте отдельным древесным и кустарниковым породам.
Ель. Основная масса (75%) крупных и мочковатых корней ели сосредоточена в самом верхнем 10-сантиметровом слое почвы.
Корневая система ели характеризуется горизонтальным ветвлением; крупные и мелкие корни в большинстве случаев, располагаются в одной плоскости. Отдельные корни проникают в почвогрунт на 50 см. Корневые мочки — темносерого цвета хорошо развиты. Вес мелких корней составляет 66% от общей массы. Корни ели наиболее сильно развиваются в верхнем рыхлом слое почвы, в условиях хорошей аэрации.
Характер развития корней ели в-смешении с сосной почти, такой же, как и в чистых культурах, но мелкие корни ее в этом типе смешения развиваются несколько сильнее и идут глубже.
Резкое сокращение развития корней ели наблюдается в смешении ее с березой. Количество корней ели в этих культурах оказалось в 2,5 раза меньше, чем в чистых, причем количество крупных и мелких корней сокращается в одинаковой мере.
Сосна. Все сказанное о характере распространения корней ели в почвенной толще в значительной мере можно отнести и к сосне. По морфологическим признакам корни сосны также во многом сходны с корнями ели. Сеть мелких корней у сосны развита слабее, чем у ели, но проникает в почвогрунт глубже еловых — до 60 см.
В смешении с елыо или с желтой акацией корневая система сосны развивается в 1,5—2 раза сильнее и корни ее проникают в почвогрунт на 30 см глубже, чем в чистых культурах. Очевидно, что в смешанных культурах сосна более устойчива, чем в чистых.
Береза бородавчатая. Главная масса (78%) березовых корней сосредоточена в горизонте А2 (0—20 см). Корневая система березы характеризуется сильно развитыми мочками светлосерого цвета, густо переплетающимися в почве в виде войлока. Крупные корни всегда жесткие, круглые, черного цвета, похожи на проволоку. Корни березы активно и сравнительно быстро проникают в почвогрунт. В 4-летнем возрасте они достигают глубины 1 м. Береза — более глубоко укореняющаяся порода, чем ель, сосна, липа и лиственница.
В смешении с елью корневая система березы проникает в почвенную толщу еще глубже, чем в чистых культурах, достигая глубины 120 см.
Акация желтая. По характеру распространения в почвенных слоях корневая система акации желтой в 4-летнем возрасте во многом сходна с корневой системой березы.
Акация в молодом возрасте имеет сильно развитую корневую систему, особенно хорошо развита сеть мелких корней. Мелкие корни акации тонкие, светлосерого цвета, со специфическим запахом и характерными клубеньками.
Корни акации проникают в почвогрунт на глубину до 90 см, т. е. глубже, чем у всех рассмотренных древесных пород, кроме березы.
Развитие корней акации в смешении с сосной почти такое же, как и в чистых культурах.
Дуб. Корневая система дуба распределяется по слоям, и генетическим горизонтам более равномерно, чем у других древесных пород: в верхнем 10-сантиметровом слое содержится 45% корней, во втором — 27% и в третьем — 14%.
Корни дуба — жесткие, грубые, мочки развиты слабо. На корнях дуба сильно развиты так называемые боковые короткие корни. Вес мелких корней от общей массы составляет только 20%. Корневая система дуба как в чистых культурах, так и в смешении с лиственницей развивается почти одинаково.
В глубину корни дуба распространяются в чистых культурах на 70 см, а в смешанных — на 60 см.
Лиственница. Корневая система лиственницы по характеру распространения, развитию и даже внешним признакам во многом сходна с корневой системой сосны.
В смешанных культурах с липой корневая система лиственницы развивается значительно сильнее, чем в чистых. Корневая масса лиственницы, растущей в смешении с липой, на 47% больше, чем в чистых культурах. Очевидно, липа в этих культурах действует положительно на развитие корневой системы лиственницы и повышает ее устойчивость к засухе.
Липа. Корневая система липы развита слабее, чем у других рассматриваемых нами пород. Вес мелких корней составляет 36% от общей массы. Корни липы как в чистых культурах, так и в смешении с лиственницей развиваются почти одинаково, проникая в почвогрунт на 60 см.
Степень развития корневой системы древесных и кустарниковых пород в разных типах смешения культур может характеризоваться отношением надземной части растения к подземной. Для этой цели учитывался вес надземных органов тех растений, у которых изучалась корневая система.
Отношение надземных органов к подземным у той или иной древесной породы различается в зависимости от типа смешения культур. Так, у ели это соотношение изменяется в сторону большего развития корневой системы в смешанных культурах (ель и сосна; ель и береза), чем в чистых. У сосны и акации это соотношение также изменяется в сторону большего развития корневой системы в смешанном типе (сосна и акация). Следовательно, корни древесных растений в этих типах смешения несут меньшую нагрузку, чем в чистых культурах, что, несомненно, способствует более высокой устойчивости смешанных культур по сравнению с чистыми.
У остальных рассматриваемых нами древесных пород соотношение подземных и надземных органов в зависимости от типа смешения культур мало изменяется.
Устойчивость различных типов культур может также характеризоваться и отношением поглощающего воду органа (корней) к листовой массе, расходующей ее. Большее количество мелких корней на единицу веса хвои приходится у сосны в смешении с желтой акацией и у ели в смешанных типах посадки (ель и сосна; ель и береза). Это тоже свидетельствует о большей устойчивости смешанных культур сосны и ели по сравнению с чистыми.
Параллельно с полевыми исследованиями корневых систем изучался рост и развитие подземных и надземных органов древесных и кустарниковых пород в зависимости от типов смешения в вегетационных сосудах. Вегетационный опыт был заложен в 1947 г. примерно в таких же вариантах смешения культур, как опытные посадки на Ивантеевском лесопитомнике. Почва для набивки сосудов бралась с питомника, где были заложены опытные культуры.
В каждом вегетационном сосуде, вмещающем по 10 кг почвы, высаживалось по 8 растений чистых культур, а в смешанных вариантах — по 4 растения каждой породы. Все варианты опытных культур закладывались не менее чем в пятикратной повторности. Всего под вегетационными опытами было занято 104 сосуда.
Летом 1949 г. был проведен детальный учет надземных и подземных органов, выращенных в вегетационных сосудах.
Влияние древесных и кустарниковых пород друг на друга при различных сочетаниях как в вегетационных сосудах, так и в полевых условиях оказалось почти аналогичным. При совместном произрастании двух пород в смешанных культурах корневая система одной из них в большинстве случаев развита сильнее, чем корневая система этой же породы в чистых культурах.
Таким образом, на основе анализа всего материала полевого и вегетационного опыта можно сделать вывод, что рост и развитие корневых систем многих древесных и кустарниковых пород резко изменяется в зависимости от типов смешения культур. Поэтому при подборе пород для создания смешанных типов лесных культур необходимо считаться с взаимовлиянием корневых систем древесных растений в разные периоды их жизни.
Результаты проведенных исследований приводят к выводу, что существующая агротехника по уходу за лесными культурами находится в некотором противоречии с требованиями древесных растений. Наши данные показывают, что у большинства древесных и кустарниковых пород около 50% мелких деятельных корней развивается в самом верхнем 10-сантиметровом слое почвы. Этот слой почвы в молодых культурах, как правило, подвергается многократному рыхлению острыми орудиями; это вызывает повреждение значительной части деятельных корней и ведет к ослаблению устойчивости лесных культур, особенно в засушливые годы.