В 1946—1947 гг. в Ивантеевском лесопитомнике Учинскою лесничества были заложены опытные лесные культуры в чистых и смешанных насаждениях для изучения роста и взаимодействия корневых систем. Кроме того, здесь исследовались также чистые и смешанные производственные посадки ели и сосны 26-летнего возраста.
На опытных участках были заложены следующие типы лесных культур: 1) чистая культура березы, 2) береза в смешении с елью, 3) чистая культура ели, 4) ель в смешении с сосной, 5) чистая культура сосны, 6) сосна в смешении с акацией желтой, 7) чистая культура акации желтой, 8) сосна в смешении с бузиной красной, 9) чистая культура бузины красной, 10) чистая культура дуба, 11) дуб в смешении с лиственницей, 12) чистая культура лиственницы, 13) лиственница в смешении с липой, 14) чистая культура липы. Культуры были высажены на двух участках площадью по 0,35 га каждый.
Типы культур на опытных участках размещались так, чтобы рядом с делянками смешанных культур находились делянки с чистыми. Варианты культур на обоих участках показаны на схеме.
Каждый тип культур закладывался в пятикратной повторности. В смешанных культурах для достижения равномерного влияния одной породы на другую посадки проводились в шахматном порядке. Культуры высаживались густо (на 1 м2 20 растений). За посадками велись систематические наблюдения: ежегодно учитывался отпад растений, определялся их прирост, изучались химический состав почвы и его изменение под воздействием чистых и смешанных культур.
В 4- и 8-летнем возрасте исследовались корневые системы, определялся вес крупных и мелких корней, приходящийся в среднем на одно растение в чистых и смешанных посадках, устанавливалось соотношение в развитии надземных и подземных частей, степень развития тонких корней и т. д.
Состояние культур в целом было удовлетворительное. Почти все посадки имели хороший рост, плотно сомкнутый полог. Травяной покров под пологом растений отсутствовал, за исключением чистых культур акации и бузины.
Отпад растений в большинстве вариантов смешанных культур оказался меньше, чем в чистых, причем с возрастом отпад растений в чистых посадках увеличился. Если отпад сосны в чистых культурах в 8-летнем возрасте принять за 100%, то в смешении с елью он составит 52, с акацией желтой — 35, с бузиной красной — 53%; отпад березы в смешении с елью на 13% меньше, чем в чистых посадках. Отпад лиственницы в смешении с дубом на 30% меньше по сравнению с чистыми ее посадками. Большой отпад растений в чистых культурах объясняется, по-видимому, более сильной корневой конкуренцией между растениями одного вида за влагу и минеральные питательные вещества.
Однако в отдельных вариантах смешанных культур (ель с сосной, дуб с лиственницей) наблюдался больший отпад растений по сравнению с чистыми, хотя отпад саженцев ели и дуба в смешанных культурах был незначителен и не превышал 8%.
Прирост растений по высоте, диаметру и массе в большинстве вариантов смешанных культур по сравнению с чистыми был значительно выше. Следует указать, что саженцы каждой породы для посадки подбирались строго одинаковыми по высоте, диаметру и весу, поэтому изменения в росте за 7 лет произошли главным образом вследствие различных взаимовлияний растений в чистых и смешанных культурах.
Особенно большая разница была заметна в весе саженцев. Так, в смешанных посадках он во многих случаях на 15—30% был больше, чем в чистых, причем увеличение веса отмечалось как в надземных, так и в подземных частях. В отдельных вариантах смешанных культур вес сеянцев был почти в два раза больше, чем в чистых посадках. Однако в некоторых смешанных типах культур рост одной породы происходит за счет угнетения другой. Например, интенсивный рост березы в смешении с елью отрицательно сказался на росте последней. Средний вес ели в смешанных культурах был на 28% меньше, чем в чистых. Лиственница в смешении с дубом растет несколько лучше, чем в чистых культурах, но дуб в этом смешении отстает в росте от чистых посадок (по массе) на 24%.
Таким образом, взаимное влияние разных пород в смешанных культурах в большинстве случаев сказывается положительно на их росте. В чистых культурах наблюдается большее самоугнетение саженцев. Характерно, что на многих делянках чистых культур саженцы в крайних рядах по диаметру и высоте были развиты примерно в два раза лучше, чем в середине. Делянки чистых культур часто имели корытообразную форму, в то время как на делянках смешанных посадок подобных явлений не наблюдалось. В чистых культурах в большинстве случаев отмечалось более заметное варьирование растений по высоте и диаметру, чем в смешанных, что также свидетельствует о большей конкуренции растений в чистых посадках.
В 1948 и 1953 гг. в опытных культурах исследовались корневые системы у 14 типов культур. Корневые системы древесных растений при смешении в большинстве случаев проникают в почво-грунт глубже, чем в чистых культурах, и распределяются в почве более равномерно. Так, корни березы в 8-летних культурах в смешении с елью проникали в почво-грунт на 80 см глубже, чем в чистых посадках, а ели в этом же смешении — на 40—50 см глубже по сравнению с чистыми. В других смешанных типах культур корни древесных пород распространялись на 20—50 см глубже.
Следовательно, смешение древесных пород во многих вариантах благоприятно сказывается на росте корней в глубину. Поэтому смешанные культуры, как глубже укореняющиеся, являются более устойчивыми, чем чистые.
Основная масса (80—90%) крупных и мелких корней как в чистых, так и в смешанных культурах сосредоточена в верхнем 20-сантиметровом перегнойном горизонте, причем у большинства пород максимальное количество корней залегает в верхнем 10-сантиметровом слое почвы. Однако в смешанных типах корни распределяются в почве более равномерно. Насыщенность корнями почво-грунта во многих вариантах смешанных культур примерно в 1,5—2 раза больше, чем в чистых, поэтому питательные вещества почвы используются смешанными посадками значительно полнее.
Общее количество корней, приходящееся в среднем на одно растение в чистых культурах, во многих случаях больше, чем в смешанных. Это свидетельствует о том, что в смешанных посадках создаются более благоприятные условия для питания растений. Здесь меньшее количество корней имеет возможность питать большую надземную массу. Однако увеличение корневой массы растений в чистых культурах происходит в основном за счет скелетной части. Сеть же тонких корней в смешанных посадках в ряде случаев значительно сильнее развита, чем в чистых, в результате чего поглощающая способность корневых систем растений в таких культурах гораздо выше.
Рост корневых систем древесных пород по типам смешения характеризовался следующим образом.
Береза. В смешанных культурах с елью она имела корневую массу в два раза большую, чем в чистых посадках. Корни ели в этом типе были сильно угнетены по сравнению с чистыми посадками, и вес их был в 2,5 раза меньше.
Сосна. В смешении с елью или желтой акацией корневая система сосны развивалась слабее, чем в чистых культурах, и вес ее корневой массы был на 13—16% меньше. Рост корней в смешении с бузиной был почти такой же, как и в чистых посадках.
Дуб. Корневая система его в смешанных культурах с лиственницей сильно угнетена и была на 34% меньше по сравнению с чистыми посадками. Корневое угнетение дуба отрицательно сказалось и на росте его надземной части.
Лиственница. Подземные органы лиственницы в смешанных посадках с липой или дубом слабее развиты, чем в чистых. Средний вес корневой системы в смешении с липой был на 12% меньше, чем в чистых, а с дубом — на 5%.
Липа. Средний вес корневой системы липы в смешении с лиственницей на 20% меньше, чем в чистых посадках. Степень развития корневых систем древесных и кустарниковых пород в чистых и смешанных культурах характеризуется отношением веса подземной части растения к весу надземной и. отношением веса тонких корней к весу листовой массы.
В большинстве случаев в чистых культурах на единицу веса надземной части растения приходится значительно больше корней, чем в смешанных. Это еще раз подтверждает мнение о том, что в смешанных культурах создаются более благоприятные условия для питания растений, и потому корневая система здесь «работает» более продуктивно. В этом вопросе наши данные согласуются с выводами Н. А. Качинского (1925), который наблюдал подобную закономерность у травянистых растений. Он установил, что чем благоприятнее почвенные условия для питания растений, тем слабее развита их корневая система относительно надземной части.
В 1953 г. для выяснения изменения лесорастительных условий почвы под воздействием разных типов культур (за 8 лет) был произведен химический анализ ее в пахотном слое. Для сравнения пробы брались также с паровых делянок.
Под смешанными культурами создаются более благоприятные условия для питания растений, чем под чистыми.
В почве под смешанными насаждениями происходит большее накопление гумуса (на 10—15%), подвижных форм фосфора (на 15—20%) и калия. В смешанных культурах корневые системы древесных пород глубже проникают в почво-грунт, поэтому минеральные питательные вещества лучше усваиваются из глубоких слоев почвы и накапливаются в большем количестве в перегнойном горизонте. Кроме того, в смешанном насаждении различные древесные породы потребляют питательные вещества в разные сроки и поэтому более равномерно их используют. Все эти факторы, улучшающие химические и. физические свойства почвы, несомненно, положительно сказываются на общей продуктивности смешанных посадок. Взаимовлияние корневых систем древесных пород в смешанных культурах наиболее резко сказалось в накоплении органической массы с единицы площади насаждения. В большинстве вариантов смешанных культур до 8-летнего возраста накопление органической массы с единицы площади насаждения на 20—40% больше по сравнению с чистыми (при установлении продуктивности культур учитывались все части растений: корни, стволы, ветви и листья). Полученные данные свидетельствуют о том, что при правильном подборе пород продуктивность смешанных культур будет значительно выше чистых.
Параллельно с полевыми опытами нами изучалось взаимовлияние корневых систем в чистых и смешанных культурах в вегетационных сосудах. Эти опыты были заложены в 1947 г. и продолжались в течение трех лет. Схема их была примерно такой же, как и полевых. Почву для набивки сосудов брали с полевого опытного участка. В сосуд высаживалось 8 растений в смешанных вариантах по 4 растения каждой породы. В каждом варианте культур опыт закладывался в пятикратной повторности. Растения выращивались при оптимальной влажности (60% от максимальной влагоемкости).
Летом 1949 г. мы произвели детальный учет надземных и подземных частей растений, выращенных в вегетационных сосудах. В результате было выяснено, что взаимовлияние древесных пород в сосудах было примерно такое же, как и в полевых опытах.
Таким образом, из анализа всего материала следует, что рост и развитие корневых систем древесных пород зависят от типов смешения лесных культур. Поэтому ори подборе пород лесоводы должны считаться с взаимодействием корневых систем древесных растений, иначе можно создать такие типы смешанных культур, в которых одна или даже обе породы будут находиться в угнетенном состоянии.
В 1946—1947 гг. в Учинском лесничестве нами также были исследованы корневые системы ели и сосны в чистых и смешанных культурах 26-летнего возраста. Для раскопок корней мы подобрали три участка культур, находящихся в одинаковых условиях произрастания, но с разными типами смешения. В характерных местах этих участков были заложены пробы. Участки примыкали друг к другу. Почва на всех пробах дерново-подзолистая, суглинистая.
Культуры в момент раскопок находились в хорошем состоянии. Рост ели и сосны при смешении оказался значительно лучшим, чем в чистых культурах. Например, средний диаметр ели на высоте 1,3 м в смешанных культурах был на 12, а сосны на 18% больше, чем в чистых. Статистическая обработка материала показала, что разница в росте по диаметру и высоте между смешанными и чистыми культурами достоверна.
Для изучения корневых систем в каждом типе культур было заложено по три траншеи. Ширина траншеи соответствовала ширине междурядья (1,7 м), а длина — расстоянию трех соседних стволов в рядах (3,5 м). Для учета тонких корней в каждом типе культур при помощи корнереза брали 12 почвенных монолитов.
В первом горизонте расположены преимущественно корни ели, во втором — корни сосны. Так, в горизонте A1 (0—9 см) содержалось 81,5% еловых корней от общей их массы и 39,1% сосновых. В горизонте А2 (9—30 см), наоборот, сосновых корней было в 3 раза больше, чем еловых. Количество корней ели во втором горизонте по сравнению с первым сократилось почти в шесть раз, в то время как содержание сосновых корней в этом же горизонте увеличилось на 17,9%. Следовательно, в расположении корней этих пород в почве наблюдается ярусность, которая способствует более полному использованию почвенного пространства корнями. Кроме того, в смешанных культурах корни ели и сосны распределяются в почво-грунте более равномерно, чем в чистых, и проникают на 30—50 см глубже.
Чтобы выяснить распространение корней сосны и ели в горизонтальном направлении, мы определяли корненасыщенность в различных местах междурядья сосновоеловых культур. Почвенные монолиты при помощи корнереза брали в рядах сосны и ели и на середине междурядья.
Интересные данные получены о размещении корней ели и сосны в рядах культур. Так, в сосновом ряду насыщенность верхнего горизонта почвы мелкими корнями ели почти такая же, как и в еловом, а количество сосновых корней в еловом ряду почти в 2,5 раза меньше. В горизонте А2 (9—30 см) насыщенность еловыми корнями под сосновым рядом значительно меньшая, чем под еловым. Подобная картина наблюдалась в горизонте A2B1 (30—53 см).
Очевидно, корни ели под сосновыми рядами находят лучшие условия для своего роста, чем сосновые под еловыми. Кроме того, корни ели очень требовательны к хорошим условиям аэрации, а густая сеть сосновых скелетных корней создает их в верхних слоях почвы.
Количественный учет корней также показал, что корневые системы ели и сосны в смешанных культурах развиваются значительно лучше, чем в чистых. Вес корневой системы сосны в смешанных сосново-еловых посадках на 14,9% больше веса ее корней в чистых культурах. Корневая масса ели в этом же насаждении была на 18,3% больше, чем в чистых еловых посадках. Увеличение корневой массы у обеих древесных пород в смешанных посадках происходит преимущественно за счет мелких корней, вследствие чего сильно увеличивается поглощающая поверхность корневой системы. Вес тонких корней сосны в смешанных культурах на 35,1%, а еловых на 34,1% больше, чем в чистых. Это является важным условием для более успешного роста ели и сосны в смешанном насаждении.
Одновременно с количественным учетом корней производилась детальная зарисовка их на вертикальных профилях траншей. В первом 10-сантиметровом слое почвы располагается наибольшее количество корней ели, во втором — сосны. Корни ели хорошо развиваются под сосновым рядом, а корни сосны под еловым рядом — слабее.
Следовательно, сосна и ель при совместном произрастании взаимно способствуют развитию корневых систем, положительно влияя на общую продуктивность смешанных сосново-еловых культур.
Мы исследовали также корневые системы сосны и ели в естественном сосново-еловом насаждении 90-летнего возраста, расположенном рядом с изучаемыми культурами. Строение корней изучалось на вертикальных стенках готовой траншеи, длина которой равнялась 1500 м, а глубина — 2—9 м. Многочисленные наблюдения показали, что распределение корней сосны и ели в почво-грунте естественного насаждения было примерно таким же, как и в посадках. В первом слое преобладали корни ели, во втором — сосны. В смешанном сосновоеловом насаждении корни распределялись более равномерно и проникали на 1—1,5 м глубже, чем в чистых.