Размеры горизонтальных скелетных корней и характер горизонтальной проекции корней в сочетании с глубиной, характером проникновения и размещения корней в почве обусловливают размеры почвенного пространства, в котором размещается корневая система дерева, или объем его почвенного питания.
Объем почвенного питания насаждения определяется величиной корнедоступного горизонта почвы и представляет произведение площади насаждения на глубину проникновения корней.
Важная особенность пространственного размещения корневых систем деревьев при совместном их произрастании в древостое заключается в том, что один и тот же объем почвы могут использовать корневые системы разных деревьев. Это называется пространственным взаимопроникновением корневых систем.
Процесс формирования объема почвенного питания деревьев в насаждении имеет свои особенности и закономерности.
Интенсивность увеличения объема почвы, который ежегодно осваивают корневые системы, зависит от типа почвы и характера строения почвенного профиля. У деревьев лучшего роста сосны обыкновенной уже в 36-летнем возрасте объем почвенного питания на дерново-слабоподзолистых супесчаных почвах может составлять 264 м3, в то время как на дерново-среднеподзолистых оглеенных почвах такой объем почвенного питания деревья имеют только к 90-летнему возрасту. При этом наиболее существенные различия начинают проявляться с 10—14-летнего возраста, т. е. тогда, когда стержневые корни сосны достигают глубины размещения уплотненного оглеенного горизонта.
Наблюдается хорошо выраженная дифференциация между объемами почвенного питания деревьев разных групп роста. Объем почвенного питания деревьев лучшего роста может в 4,4—11,7 раза превышать объем почвенного питания деревьев, отстающих в росте, 12—41-летнего возраста в сосновых насаждениях. С возрастом это различие увеличивается.
Объем почвенного питания деревьев изменяется в зависимости от густоты насаждения. Объем почвенного питания средних модельных деревьев (культуры дуба, созданные посевом на черноземах обыкновенных, Одесский лесхоззаг) наиболее высок при густоте 6,1 тыс/га и существенно снижается с увеличением густоты до 22 тыс/га. Вместе с тем суммарный объем пространства, занимаемого корневыми системами деревьев, повышается с увеличением густоты.
При густоте 6,1; 10,0; 22,1 тыс/га суммарный объем почвенного пространства составляет соответственно 84,2; 119,0; 179,0 м3. Коэффициент взаимопроникновения объемов почвенного пространства здесь составляет 2,1; 2,9; 4,3.
Несмотря на то, что объемы почвенного пространства, освоенного корневыми системами деревьев, с возрастом увеличиваются, темпы их прироста снижаются. Наибольший среднегодовой прирост объемов питания так же, как и прирост площадей горизонтальных проекций корней, наблюдается в 14—30-летнем возрасте.
Величина объема почвенного питания, формирующаяся к тому или иному возрасту в соответствующих почвенно-гидрологических условиях, различна у разных древесных пород.
Рассмотренные особенности формирования объемов почвенного питания древесных растений усложняются тем, что единицы объемов почвы, освоенные той или иной породой, неравнозначны. Если корневые системы, например, определенных деревьев дуба и сосны в данных условиях занимают одинаковый объем почвенного пространства, то это не означает, что они находятся в одинаковых условиях почвенного питания. Это положение обусловлено двумя концепциями. Прежде всего тем, что каждой породе присущи индивидуальные биологические особенности в части интенсивности использования почвы — потребления влаги, питательных веществ и т. д. Кроме того, различиями в морфологическом строении корневых систем, в результате чего в одном и том же почвенном пространстве у деревьев разных пород может быть размещено различное число корней. Для сопоставления и анализа этого важного качественного показателя применяют коэффициент напряженности использования занятого почвенного пространства, представляющий отношение общей длины скелетных корней дерева к объему почвы, освоенному его корневой системой (м/м3). Коэффициент напряженности отражает не только количественное выражение присутствующих в почве скелетных корней. Его значение будет возрастать, если учитывать наличие зависимости в соотношении скелетных и тонких корней.
Анализ позволил установить ранее неизвестные особенности строения и формирования корневых систем. Оказалось, что коэффициент напряженности увеличивается с увеличением густоты насаждений. Так, для средних деревьев дуба черешчатого 10-летнего возраста на черноземах обыкновенных он составил при густоте 6,1 тыс/га 4,1 м/м3, 10 тыс/га — 5 м/м3, 22,1 тыс/га — 5,2 м/м3.
Коэффициент напряженности для одной и той же породы изменяется в зависимости от положения дерева в насаждении. У деревьев, отстающих в росте, коэффициент напряженности увеличивается по сравнению с деревьями лучшего роста в 1,1—3,7 раза т. е. резерв жизнеспособности у деревьев лучшего роста значительно выше. Высокая напряженность использования почвенного пространства корнями деревьев более слабого роста усиливается еще и в результате пространственного взаимопроникновения корневых систем, когда данный почвенный объем используется не одним, а несколькими деревьями.
Усиленное использование почвенного пространства в пределах размещения корневых систем отставших в росте деревьев — одна из причин явления самоизреживания излишне густых древостоев. С возрастом коэффициент напряженности увеличивается. Для средних деревьев дуба на черноземах обыкновенных он составляет в 10-летнем возрасте 5,7 м/м3, в 18-летнем возрасте в том же насаждении 7,4 м/м3, на серых лесных почвах в 12-летнем возрасте 7,6, в 25-летнем 25 м/м3.
Коэффициент напряженности, характеризуя одну из важных биологических особенностей корневых систем, отражает не менее важную сущность их морфологического строения, т. е. компактность (плотность, габаритность). Если одна древесная порода или дерево размещает в одном и том же объеме почвенного пространства большее число корней, чем другая порода, то строение корневых систем в первом случае будет более компактным, чем во втором. И наоборот, строение корневых систем во втором случае будет менее компактным или более раскидистым, чем в первом. Особенно важен показатель компактности при оценке и сравнении строения корневых систем разных древесных пород.
Пример. На экспериментальном участке, заложенном на дерново-подзолистых и серых лесных почвах (Западная лесостепь Львовской области), сравнивали компактность корневой системы сосны обыкновенной и березы повислой, ели европейской и пихты белой. При совместном парном их произрастании в смешанных насаждениях коэффициент компактности корневой системы сосны в возрасте 27 лет на среднедерново-слабоподзолистых почвах, подстилаемых оглеенным песком, у деревьев лучшего роста составил 10,9 м/м3; березы — 39,9 м/м3. Коэффициент компактности корневой системы ели в возрасте 18 лет на серой лесной почве у деревьев лучшего роста составил 11,6 м/м3, среднего роста — 14,1 м/м3, отстающих в росте — 17,1 м/м3, корневой системы пихты соответственно 36,6; 31,5; 30,2 м/м3.
По увеличению показателя компактности корневых систем древесные породы распределяются таким образом: дуб черешчатый, клен явор, ель европейская, сосна обыкновенная, липа крупнолистная, пихта белая, береза повислая (как и по показателю коэффициента ветвистости корней). Если полученные средние для данных пород показатели компактности распределить по группам, то в первую группу (показатель компактности 9,0—11,2 м/м3) войдут дуб и клен, в среднюю (показатель компактности 14,2—22 м/м3) — ель, сосна, липа и в третью (показатель компактности 32,8—39,9 м/м3) — пихта и береза.
Установление компактности имеет не только познавательное значение, позволяющее более полно охарактеризовать морфологические особенности древесных пород. В практике лесокультурного дела и в практическом лесоводстве положительный результат получается часто при совместном выращивании древесных пород, имеющих различную компактность корневых систем, например дуба с липой, сосны с березой, ели с пихтой и т. д. Сочетание древесных пород, относящихся по показателю компактности к различным группам, дает благоприятные результаты, а смешение пород одной группы компактности является нежелательным.
Пространственное взаимопроникновение корневых систем древесных пород в смешанных лесных насаждениях неодинаково. Большей способностью проникать в зону корневых систем других пород обладают породы с относительно большей компактностью корневой системы, в то же время корни этих пород существенно разрыхляют корнеобитаемый горизонт почвы. Вследствие этого после отмирания отдельных деревьев деревья пород с меньшей компактностью корневой системы активно осваивают более глубокие и плотные слои почвы, используя ризотектонику, оставшуюся от пород с более компактной корневой системой. Этим, например, объясняется явление, когда на почвах с повышенной плотностью примесь березы в березово-сосновых древостоях способствует более глубокому проникновению корневых систем сосны в глубь почвы.