До сих пор проблема выбора оптимальной густоты посадки лесных культур — одна из самых насущных и сложных с точки зрения и производства, и науки.
Единое мнение пока не выработано ни в отношении получения максимального лесохозяйственного эффекта на протяжении жизни искусственного ценоза, ни в отношении механизма биологической природы густоты. Надо сказать, что решению указанной проблемы препятствует противоречивость выводов исследователей. Изучая насаждение в каком-то определенном возрасте, они рекомендации относят ко всему периоду его воспитания — от посадки до возраста приспевания.
В термин «оптимальная густота посадки» заложен весьма многосторонний смысл. Н. П. Георгиевский в свое время указывал, что безотносительной оптимальности не существует. Можно говорить об оптимальной густоте, обеспечивающей наибольшие приживаемость, диаметр, высоту, запас (в определенном возрасте), общую продуктивность, полнодревность, очищение от сучьев и т. д. Однако такой, чтобы обеспечивала во все возрасты, например, наивысшие продуктивность и качество древесины, просто не существует.
Рост и развитие лесных культур качественно отличны от таковых для естественных лесов. Лесоводы только теперь начинают познавать лесоводственно-биологическую и экологическую сущность искусственных ценозов. Эта важнейшая биолого-экологическая проблема требует концентрации усилий научных работников разного профиля. По мнению акад. А. Б. Жукова, уже назрела необходимость организации специального комплексного научного лесного учреждения, которое разрабатывало бы принципы, методы и технику выращивания искусственных биогеоценозов.
Согласно ГОСТ 17559-82, под густотой лесных культур понимается число деревьев и кустарников на единице площади, т. е. имеется в виду лишь количественная сторона без привязки к размещению растений и фазам выращивания. По нашему мнению, для науки, призванной давать прямые рекомендации производству, должны быть четко выделены четыре направления подходов к решению вопросов густоты культур, раскрывающие сущность проблемы. Только при правильном понимании этих отправных начал и сочетании их в единстве можно разработать достоверные рекомендации производству. Такими отправными понятиями, или критериями, являются: густота посадки, размещение растений, индекс равномерности, густота стояния. Рассмотрим вкратце каждое из этих понятий.
Густота посадки — количество растений определенных пород, высаживаемых на 1 га сообразно выбранному типу культур по специально разработанному проекту. Большое значение имеет ее количественная оценка, но, несмотря на это, в лесоводстве до сих пор нег четких определений главных понятий: редкие, средние по густоте и густые культуры. В результате налицо существенный разнобой в оценках успешности лесных культур.
Е. С. Кретов на основании анализа более чем 400 работ по сосне на территории европейской части СССР выявил, что у всех авторов собственное представление о количественной густоте. Для унификации терминологии им предложено культуры с густотой посадки 3—5 тыс. шт/га считать редкими, 5—10 тыс. — средней густоты, 10—13 тыс. — густыми, свыше 13 тыс. — очень густыми. При таком подходе к анализу различных рекомендаций появляется возможность их обобщения, поэтому мы за основу взяли данную классификацию, несколько расширив ее границы: крайне редкие культуры — менее 1501 шт., очень редкие — 2000, редкие — 3000—5000, средние — 6000—10000, густые 11000—13000, очень густые — 14000—20000, крайне густые — 21 000 тыс. и более.
Первоначальная густота существенно влияет на рост, продуктивность и биологическую устойчивость искусственного насаждения, технические качества древесины. Причем влияние на состояние древостоя она начинает оказывать в различных возрастах. Закономерности ее воздействия необходимо выявить прежде всего для чистых по составу культур, не затронутых рубками ухода.
Р. П. Исаевой и Н. А. Луганским изучены 12-летние культуры сосны (Свердловская обл.), созданные посадкой в плужные борозды на вырубках сосновых типов леса. Оказалось, что первоначальная густота не влияет на их рост по диаметру в первые 10 лет и в высоту в первые 5 лет. Существенные различия в росте осевых побегов начинают проявляться с 6—7-летнего возраста.
До 6 лет, пока деревья пребывали в стадии индивидуального роста, прирост не зависел от густоты и его абсолютные величины были достаточно близкими, но дальше она сказывалась весьма существенно. Косвенно это подтверждается и коэффициентами варьирования прироста, которые с 46 и 48% в 1—3-летнем возрасте сократились в 1,7 и 2,7 раза. Наибольший прирост отмечен в 7—12 лет в варианте с 3—5 тыс. шт/га. Эту густоту для рассматриваемых условий авторы предлагают считать оптимальной.
Согласно нашим исследованиям, в культурах сосны и ели вплоть до начала фазы смыкания густота посадки, не влияя на биометрические показатели, существенно сказывается на сроке смыкания крон и является той цифровой характеристикой, по которой можно устанавливать допустимые нормы отпада и дополнений, число необходимых агротехнических уходов. В дальнейшем, после смыкания крон характер влияния первоначальной густоты на рост и развитие искусственного древесного ценоза изменяется по мере того, как насаждение становится старше.
Изучать закономерности этого процесса лучше всего в возрастах фаз Д, Е, Ж искусственного лесовосстановления, классически разработанных Н. П. Кобрановым:
Д. Фаза дифференциации искусственно созданного древостоя по степени господства. С момента наступления смыкания крон отдельных индивидуумов главное, что характеризует жизнь насаждения в этом отрезке времени, — борьба между деревьями, в результате которой оно разделяется на господствующие и угнетенные классы. Конечный этап этого разделения характеризуется естественным изреживанием и естественным отпадом угнетенной части. Данная фаза завершается наступлением критического возраста древостоя, когда масса хвороста и листовой поверхности, потребность во влаге и зольных веществах достигают максимума. Культуры, пережившие этот период, способны к дальнейшему росту и развитию. В зависимости от породы длительность фазы может колебаться от 10 до 20 лет.
Е. Фаза формирования стволов в искусственно созданном древостое. Завершение ее совпадает с ослаблением роста в высоту, энергичным очищением от сучьев, увеличением прироста по диаметру; длительность в зависимости or породы, условий произрастания и характера древостоя имеет диапазон от 15 до 30 лет.
Ж. Фаза приспевания искусственно созданных древостоев. Характеризуется отложением прироста на сформировавшихся стволах и наступлением естественного возобновительного процесса за счет усиления плодоношения и обсеменения образующихся прогалин. Длительность — 10-20 лет.
При выборе первоначальной густоты следует учитывать в первую очередь почвенно-типологические условия и только затем направление хозяйства, экономический базис требований и возможностей. Рекомендации должны быть составлены для определенных административных областей по лесорастительным зонам.
Другой критерий решения вопроса о густоте культур — размещение растений, или ширина междурядья и длина шага посадки. Этот критерий очень важен для производства, ибо размещение растений — основа практического выполнения проекта закладки насаждения. По результатам исследований мы пришли к выводу, что понятие «густота посадки» без учета размещения растений не имеет полного лесоводственно-хозяйственного смысла. Дело в том, что одну и ту же густоту можно получить при равномерном распределении посадочных мест на 1 га, а также за счет расширения междурядий, но сгущения растений в ряду, что особенно часто бывает при устройстве борозд на нераскорчеванных вырубках. В этих случаях при фактически идентичной густоте лесохозяйственный результат будет неодинаковый. Выразится это в разных успешности роста и продуктивности, а также потребности в тех или иных мероприятиях.
Поэтому первоначальная густота культур должна характеризоваться еще одним критерием — индексом равномерности (Ир). Это — частное от деления ширины междурядья на шаг посадки.
Именно данное понятие дает представление о характере равномерности расположения растений по лесокультурной площади. В идеале индекс равномерности должен быть равен единице, тогда обеспечиваются условия для равномерного развития корневой системы и формирования кроны правильной формы, а в конечном итоге образования древесины высокого качества. Это четко прослеживается в культурах и на плантациях, заложенных с квадратным и прямоугольным размещением растений; если же оно неравномерно, происходит однобокое развитие корневой системы и флагообразное — кроны, появляется сильная сучковатость.
Особенно благоприятные условия для роста деревьев складываются при равномерном их размещении с одинаковыми шириной междурядья и шагом посадки (Ир = 1,0). Изучая такие участки культур либо очень близкие по значению индекса равномерности, но с разным размещением, можно найти оптимальный вариант.
Установлено, что от величины индекса равномерности зависит продуктивность насаждения даже при одинаковой или очень близкой густоте посадки: по мере его увеличения лесоводственная характеристика явно ухудшается.
Влияние густоты посадки при Ир = 1,0 на рост и развитие насаждения особенно отчетливо прослеживается на ситуационных планах расположения деревьев на пробных площадках (Г-30, Г-20, Г-24). В варианте 2 тыс. шт/га (пр. пл. Г-30) деревья V класса Крафта и сухостой встречаются не столь часто. При редкой и особенно средней густоте у деревьев всех классов Крафта кроны меньших размеров, чем при очень редкой.
Статистические замеры расстояния между деревьями выполнены нами на ситуационных планах и результаты в целом обработаны. На пр. пл. Г-30 для деревьев каждого класса Крафта, сухостоя оно почти одинаково, следовательно, при размещении 2,2X 2,1 м условия таковы, что даже в IV классе возраста процесс естественного изреживания не оказал большого влияния на расположение стволов. Совсем иная картина на пр. пл. Г-20 и особенно Г-24. Здесь уже четко прослеживается дифференциация расстояния между элементами. Так, на пр. пл. Г-20 удаление сухостойных деревьев от четырех ближайших существенно отличается от такового для I и II классов Крафта. Еще существеннее различия на пр. пл. Г-24, где близки средние расстояния до четырех ближайших стволов от деревьев III, IV, V классов Крафта и сухостойных.
Анализ полученных данных показывает, что большая продуктивность там, где расстояние между деревьями разного роста и развития дифференцировано. Достичь этого можно сгущением их в ряду при посадке, но при этом индекс размещения не должен превышать 1,0.
В лесовосстановлении при обработке почвы наиболее широко применяется плуг ПКЛ-70. Практика показывает, что на нераскорчеванных вырубках среднее расстояние между бороздами, как правило, составляет 5 м. Если учесть, что при наличии пней и крупных корней около 20 % пластов (борозд) непригодны для посадки, то фактически для этой цели остается 1,6 тыс. м/га вместо 2 тыс. погонных м. Но тогда заметно меняется равномерность размещения, а еще больше — индекс равномерности при разной густоте. При использовании двухотвального плуга ПЛП-135 и посадке в два сближенных пласта это соотношение возрастает. В частности, среднее расстояние между центрами борозд зачастую составляет 7—8 м, и при посадке в оба пласта (с учетом исключения 20% из-за некачественного оборота пласта) действительная густота при размещении в ряду через 0,7 м не превышает 3 тыс. шт/га.
Наши данные по семи ключевым лесничествам Московской обл. свидетельствуют о том, что качество густоты посадки и успех в создании культур определяются в основном степенью очистки вырубок.
Под качеством густоты посадки понимается в данном случае ее соответствие в натуре данным книги лесных культур.
Дело в том, что именно при плохой очистке увеличивается расстояние между плужными бороздами и учащаются разрывы. Основной причиной этого является наличие не столько большого числа пней, сколько крупных порубочных остатков, лежащих поперек линии гона агрегата. В тех случаях, когда они уложены по линии гона (даже при большом числе), разрывы оказываются лишь в местах крупных корневых лап.
На обследованных участках культур, заложенных в 1978 г., обработку почвы осуществляли плугом ПКЛ-70, посадку, как правило, в оба пласта. Нами замерены минерализованные борозды и разрывы, междурядья и шаг посадки. Полученные после обработки данные показали, что истинная густота посадки не превышает 83 % отраженных в книге лесных культур. Объясняется это тем, что, несмотря на посадку в оба пласта, в натуре ширина междурядий больше, чем указана в книге, на 72%, кроме того, 20% борозды составляют разрывы. Потому-то почти на каждой вырубке можно найти часть прикопанного посадочного материала так и не использованного для посадки.
Таким образом, густота посадки уменьшается из-за наличия механических препятствий, неизбежных при существующей технологии обработки почвы. Неравномерность размещения сеянцев также неизбежна, поскольку между минерализованными бороздами большое расстояние. Следовательно, для производства очень важно применительно к принятым технологиям установить предельно возможный индекс равномерности для рекомендуемой оптимальной густоты посадки. Введение такого критерия, как индекс равномерности, открывает возможности для моделирования ситуации.
Наконец, последний из вышеназванных критериев — оптимальная густота стояния. Это фактическое число деревьев культивируемой породы в конкретном возрасте насаждения. Данный термин широко использовал Г. Ф. Морозов. Исследования Н. П. Георгиевского, К. Б. Лосицкого и В. С. Чуенкова, С. Н. Сеннова свидетельствуют о том, что в одновозрастных насаждениях имеется определенная численность деревьев (густота стояния), обеспечивающая достижение максимальной продуктивности. Это именно тот оптимум в динамике численности, в русле которого потенциальные возможности отдельных индивидуумов и сообщества в целом реализуются наиболее полно. Рассчитывать оптимум густоты стояния нами предлагается через показатель условного параметра питания, соответствующего 1 м2 площади сечения среднего дерева, иными словами, через величину площади питания, не просто приходящуюся на одно дерево, а условно скорректированную на 1 м2 площади сечения среднего дерева насаждения (здесь мы учитываем очень важный фактор зависимости величины среднего диаметра от числа деревьев) по формуле:
S = 10000 : Nq,
где S — условный параметр питания, м ; N — число стволов на 1 га; q — площадь сечения среднего, дерева (с точностью до 0,0001 м2).
Условный параметр питания есть не что иное, как обычная площадь питания древостоя, разделенная на площадь поперечного сечения ствола среднего дерева. Логично было бы выразить площадь сечения среднего дерева в квадратных сантиметрах но принято нами в м2 по аналогии с площадью питания (для лучшей сопоставимости данных). Произведение Nq ни в коем случае нельзя заменять абсолютной полнотой или суммой площадей сечений, ибо первая из них не всегда совпадает с густотой. Так, при прочих равных условиях в одном насаждении может быть больше деревьев, чем в другом, но в последнем могут преобладать толстые. Тогда при вполне возможном равенстве сумм площадей сечений и одинаковой полноте средний диаметр будет различным, что сказывается на качественной характеристике древостоев. Предлагаемая же корректировка площади питания на 1 м2 площади сечения среднего дерева вносит элемент информации о качественном их состоянии.
Говоря об оптимуме густоты стояния, следует всегда помнить, что древесные растения в процессе эволюции выработали свойство произрастать наилучшим образом в условиях древесного сообщества. Последнее обладает способностью к динамичности процессов, находящихся в сложных, диалектически противоречивых взаимоотношениях с тенденциями к устойчивости и стабильности. В насаждении оптимум густоты стояния либо близких к нему величин вырабатывается постоянно в процессе саморегуляции. Причем любое изменение условий внутренней среды (площади питания) отражается прежде всего на среднем диаметре (чуткий индикатор условий существования древостоя, который по сравнению с высотой гораздо быстрее и резче реагирует на густоту. Условный параметр питания, показывая нам, какая площадь пошла на образование 1 м2 площади сечения его среднего диаметра, позволяет тем самым отразить в своем численном выражении условия существования древесного сообщества той или иной густоты стояния.
В отношении условного параметра питания наблюдается четкий параболический характер зависимости его величины от числа стволов на 1 га. Когда последний показатель меньше или больше оптимума, условный параметр питания возрастает, причем в первом случае вследствие недоиспользования жизненного пространства из-за малой численности деревьев, во втором — в результате резкого снижения площади поперечного сечения среднего дерева из-за перегущенности насаждения. Благодаря параболической связи можно определить оптимальную густоту стояния для лесных культур старших возрастов. При этом непременным условием является соблюдение следующих двух принципов: ненарушенность и нетронутость насаждений антропогенным воздействием и лесохозяйственной деятельностью (рубками ухода); достаточный экспериментальный диапазон натуральных значений густоты стояния.
За оптимум принимается такая густота стояния, которая соответствует минимально возможной величине условного параметра питания, обеспечивающей образование 1 м2 площади сечения среднего диаметра.
На оптимальную (по успешности роста и продуктивности) густоту стояния можно выйти, регулируя ее рубками ухода. Выполненные ВНИИЛМ исследования позволили установить в ряде условий подзоны южной тайги густоту посадки и стояния для древостоев разных классов возраста. Формирование последних должно осуществляться главным образом при помощи рубок ухода.
Таким образом, с использованием четырех рассмотренных критериев (густота посадки, размещение растений, индекс равномерности, густота стояния) можно формировать высокопродуктивные насаждения, выявлять биологические особенности культур различной густоты, создавать модели будущих искусственных лесов.