5.5.3.3. Густота лесных культур

Густота является одним из наиболее важных параметров культур, определяющих формирование древостоя в различных фазах их роста, продуктивность и экономические показатели лесокультурного производства. Лесоводственная эффективность густоты культур наиболее полно реализуется при повышении равномерности размещения культивируемых растений на лесокультурной площади; она выражается индексом равномерности – отношением средней ширины междурядий к среднему шагу посадки (Писаренко, Мерзленко, 1977) по формулеИ_р = b / l, а первоначальная густота лесных культур – по формулеГ_п= 10000 / bl,где b – средняя ширина междурядий, м;l – средний шаг посадки, м.

Преимущества и недостатки густых и редких лесных культур.Принятие решения о выборе первоначальной густоты культур является достаточно ответственной задачей, требующей знания как положительных, так и отрицательных сторон густых и редких культур.

Густые культуры имеют следующие преимущества перед редкими:

• обеспечивается более быстрое их смыкание и перевод в хозяйственно ценные молодняки, в связи с чем снижается потребность в агротехнических уходах и затратах на их проведение;

• создаются условия для лучшейочищаемости стволов от сучьев;

• ускоряется рост культур в высоту и формируются малосбежистые стволы;

• повышается возможность отбора быстрорастущих особей как за счет большего числа культивируемых растений на гектаре, так и за счет усиления дифференциации их роста при густом стоянии;

• получается дополнительное количество средней и мелкой древесины в порядке организации промежуточного пользования, что в лесодефицитных районах имеет важное значение для обеспечения потребности в древесине прежде всего нужд местного населения.

Преимущества редких культур перед густыми:

• снижается потребность в посадочном материале;

• уменьшаются затраты на создание лесных культур;

• повышаются запасы древесины к возрасту спелости леса;

• формируется более крупная древесина;

• снижается потребность в проведении изреживания культур, что имеет важное значение для таежной зоны при ограниченных воз­можностях проведения рубок ухода и сбыта мелкотоварной древесины;

• редкие культуры меньше повреждаются некоторыми видами болезней, снеголомом, ветровалом, буреломом.

Регулирование густоты лесных культур.Выбор первоначальной густоты лесных культур зависит от многих лесоводственных, технологических и экономических факторов. Наиболее важными из них являются:

• лесорастительная зона: в северной тайге устанавливается более низкая первоначальная густота, чем в других лесорастительных зонах и подзонах, что соответствует природным условиям северной тайги, формирующимся при дефиците солнечной радиации. Повышенная густота древостоев в этих условиях ведет к более сильному затенению почвы и снижению степени ее прогреваемости, что влечет за собой подъем уровня вечной мерзлоты. Наиболее высокая первоначальная густота культур рекомендуется для островных боров степной зоны;

• плодородие почвы: на менее плодородных почвах первоначальная густота культур должна быть выше в связи с их медленным ростом и длительным периодом смыкания. Вместе с тем на плодородных почвах происходит сильное задернение почвы и вызванные им снижение приживаемости и угнетение роста молодых лесных культур, в связи с чем в практикелесокультурного производства на плодородных почвах первоначальная густота иногда устанавливается выше, чем на почвах с низким плодородием;

• влажность почвы: первоначальная густота на сухих почвах должна быть выше, чем навлажных, однако культуры здесь необходимо своевременно изреживать с целью предупреждения конкуренции культивируемых растений за влагу; особенно важно соблюдать это требование в условиях степи;

• целевое назначение культур: лесные, плантационные, ландшафтные;

• биологические и экологические особенности древесных пород: скорость роста в молодом возрасте, способность противостоять задернению почвы и заглушению лиственными породами, и др.;

• требования к формированию качества древесины: особенностью лесных культур является плохаяочищаемость стволов от сучьев, вызываемая более низкой густотой культур в молодом возрасте в сравнении с естественными молодняками и нарушением техники посадки (загиб корней, искривление стволика сеянцев и саженцев);

• экономические возможности хозяйств по закладке культур, проведению агротехнического и лесоводственного уходов за ними;

• наличие или отсутствие потребности в древесине от промежуточного пользования;

• способ обработки почвы, оказывающий влияние на размещение поса­дочных мест и первоначальную густоту культур;

• метод создания (при посеве первоначальная густота должна быть выше, чем при посадке).

• вид, возраст и размеры посадочного материала.

С учетом практического опыта в лесокультурном производстве Урала сложились усредненные показатели первоначальной густоты культур сосны, создаваемых посадкой стандартных сеянцев: в северной тайге 3 – 3,5 тыс.шт./ га; в средней тайге 4 – 4,5; в южной тайге 5; в смешанных лесах 6; в широколиствен­ных лесах 7; в лесостепной зоне до 8; в степной зоне до 10 тыс. шт./га.

Более низкая первоначальная густота применяется и при создании культур ели и лиственницы – культуры ели значительно более устойчивы к заглушению травостоем, а отличающаяся в молодом возрасте быстрым ростом лиственница быстрее выходит из-под угнетающего влияния полога травостоя. В случае применения укрупненного или крупномерного посадочного материала первоначальная густота может быть снижена.

Приведенные выше положения о первоначальной густоте лесных культур сформировались в процессе уральской лесокультурной практики с учетом теоретических положений, использованных при обосновании агротехнических параметров культур.

Каждой возрастной фазе роста культур соответствует своя оптимальная густота, которая наилучшим образом отвечает целевым установкам лесовыращивания (повышению продуктивности, защитных свойств, улучшению социальных функций и др.). Текущая густота культур регулируется рубками ухода за лесом.

Научное обоснование начальной (при переводе культур в хозяйственно ценные молодняки) и текущей густоты лесных культур является наиболее слабым звеном в комплексе научных представлений о технологии лесокультурного производства на Урале. Отсутствиеобоснованной шкалы оптимальной текущей густоты культур в процессе формирования искусственных насаждений сдерживает разработку комплекса лесоводственных мероприятий по формированию культурценозов основных лесообразующих древесных пород.

Приведенный выше перечень преимуществ и недостатков густых и редких культур ставит перед лесоводственной наукой задачу теоретического обоснования оптимизации густоты на протяжении всего цикла выращивания культур с момента их создания до достижения возраста спелости. Решением этой проблемы на Урале занимался ряд исследователей. Полученные ими результаты не позволяют разработать шкалу оптимальной густоты культур в условиях Урала. Положение усугубляется отсутствием до настоящего времени единой универсальной методики исследований этого вопроса и разнообразием целевых установок лесовыращивания. В настоящем разделе будет принята во внимание преимущественно одна целевая установка выращивания культур сырьевого назначения; особенности методических подходов обоснования густоты культур экологического и социального назначения подлежат корректировке.

Оптимизация первоначальной густоты лесных культур. Вопрос определения оптимальной первоначальной густоты должен рассматриваться интегрально с учетом лесорастительных, технологических и экономических факторов, которые должны учитываться в период закладки культур до их перевода в хозяйственно ценные молодняки. Основными показателями оценки качества культур в этот период являются их приживаемость, динамика роста в высоту и сроки смыкания в рядах (сроки перевода в хозяйственно ценные молодняки). Оптимальная первоначальная густота должна определяться отдельно для каждого типа лесорастительных условий и каждой культивируемой породы путем сопоставления приведенных выше показателей оценки качества культур и затрат на их создание и выращивание в течение указанного периода.

При таком подходе к оптимизации первоначальной густоты остаются неучтенными сроки смыкания культур в междурядьях, которые варьируют в заметных пределах в зависимости от ширины междурядий. Преодолеть это методическое препятствие можно определением оптимальной густоты при ширине междурядий 3,5 м – максимально допустимой нормативными документами и наиболее распространенной в лесокультурном производстве таежной зоны.

Для определения оптимальной первоначальной густоты культур должно быть проведено специальное исследование. Оптимальная первоначальная густота, как и другие агротехнические параметры, должны быть дифференцированы по лесокультурным районам.

Обоснование оптимальной текущей густоты лесных культур. Выделяют первоначальную густоту (густоту посадки) и текущую густоту (густоту стояния). Особенности формирования текущей густоты во многом определяются первоначальной густотой; в методическом плане особенно важно проследить взаимную связь этих показателей и выявить зависимость текущей густоты от первоначальной. Особую сложность в решении этой задачи создают различия в биологии культивируемых древесных пород, а также мозаичность лесорастительных условий и изменения, происходящие при формировании насаждений с возрастом, в динамике.

При исследовании густоты искусственных древостоев необходимо учитывать закономерности ее изменения при формировании насаждений естественного происхождения. Густота древостоев при прочих равных условиях снижается с возрастом насаждений и повышением плодородия почв. Н.А. Луганский и З.Я. Нагимов (1994) привели показатели густоты естественных древостоев сосны для лесорастительных условий южной тайги Урала (табл. 20)

Таблица 20

Густота естественных сосновых древостоев в южной подзоне тайги Урала, шт./га (по Луганскому и Нагимову, 1994)

Возраст, лет	Сосняк брусничный	Сосняк ягодниковый	Сосняк разнотравный
20	19647	16212	11671
30	8742	6768	4970
40	5016	4008	3009
50	3472	2722	2109
60	2559	1997	1576
70	1997	1563	1240
80	1579	1270	1012
90	1292	1052	850
100	1085	910	728
110	923	786	635
120	796	694	561

Приведенные в табл. 20 данные о ходе роста древостоев по густоте представляют интерес для исследователей лесных культур при решении вопроса оптимизации густоты сосновых культурценозов на различных возрастных стадиях их формирования. При этом необходимо учитывать, что естественно формирующиеся древостои имеют более высокие показатели густоты, чем необходимо для обеспечения их максимальной производительности, особенно в возрасте молодняков (Луганский и др.; 2010). Оптимизация густоты естественных древостоев достигается их изреживанием при проведении рубок ухода за лесом.

К настоящему времени достаточно подробно изучены особенности формирования естественных насаждений. Исследованиями установлено, что формирование искусственных насаждений имеет ряд существенных отличий от естественных, оказывающих влияние на их производительность и продуктивность, качественные показатели древесины ствола и др. К ним относятся:

• длительный период индивидуального роста культивируемых растений, достигающий 10 лет и более;

• поздние в сравнении с естественными молодняками сроки смыкания и начала конкуренции культивируемых растений между собой;

• позднее вступление культур в фазу острой конкуренции дифференциации в росте и массового отпада деревьев;

• более выраженное напряжение роста и дифференциации деревьев в фазах чащи и жердняка;

• более слабая очищаемость стволов от сучьев;

• тесная связь текущей густоты культур в фазах чащи и жердняка с первоначальной густотой культур, и др.

Задачей исследований является определение оптимальной как первоначальной, так и текущей густоты культур, начиная с фазы смыкания, с учетом факторов, оказывающих наиболее сильное влияние на ее формирование (биология культивируемой породы, лесорастительные условия, первоначальная густота).

Разработка методических подходов к изучению этого вопроса усложняется отсутствием четкого определения таких понятий как «густые», «средней густоты» и «редкие» культуры и связанных с ними критериев оценки оптимальной густоты в различных фазах роста и развития культур.

В начальных фазах приживания и индивидуального роста культур отсутствует взаимное конкурирующее влияние культивируемых растений, которое начинается по мере смыкания культур. Для успешного роста культур в этот период важнейшее значение имеет научное обоснование первоначальной густоты, видов и интенсивности примененияагротехнических приемов, способствующих повышению приживаемости культур (обработка почвы, вид и размеры посадочного материала, густота посадки, размещение культивируемых растений на площади, виды и интенсивность агротехнических уходов).

При изучении роста культур в фазе приживания важное место должно быть уделено снижению степени послепосадочной депрессии, которая зависит от качества обработки почвы, качества посадки и посадочного материала, состояния почвы и других факторов. Исследование этого вопроса необходимо завершить разработкой мероприятий, направленных на снижение негативных последствий послепосадочной депрессии.

С началом смыкания культур и конкурентных взаимоотношений между культивируемыми растениями возникает и усиливается напряжение и дифференциация их роста. Здесь решающую роль начинает играть текущая густота культур, влияющая на формирование «жизненного пространства» культивируемых растений.

При исследовании особенностей формирования древостоев после смыкания культур целесообразно использовать методы таксации, разработанные для исследования насаждений естественного происхождения с внесением необходимых поправок, а также методы статистического анализа, позволяющие определить особенности варьирования различных таксационных показателей и особенности взаимодействия между культивируемыми растениями.

При исследовании насаждений в сомкнутом состоянии используются классификации роста и развития деревьев; наиболее известной и широко применяемой является классификация Крафта, позволяющая оценить дифференциацию деревьев по росту и развитию и определить их место в структуре древостоя, соподчиненность и перспективы роста деревьев ипродуктивности в последующих фазах роста культур. Дифференциация роста и развития позволяет осуществить отбор деревьев по фенотипу при назначении рубок ухода за лесом, не допуская достижения критической густоты древостоя, после чего наступает его распад.

Ниже изложены некоторые методические подходы к определению оптимальной густоты культур в различных фазах их роста. Сроки вступления культур в фазу дифференциации роста зависят от ряда факторов; наиболее важные из них:

• первоначальная густота;

• размещение культивируемых растений на лесокультурной площади;

• биологические особенности культивируемых пород;

• лесорастительные условия.

Сроки наступления дифференциации зависяти от равномерного или неравномерного размещения культивируемых пород; в куртинах с повышенной густотой дифференциация начинается раньше, а на разреженных участках позднее.

Древесные породы различаются быстротой роста и способностью к самоизреживанию. Древесные породы, обладающие в молодом возрасте быстрым ростом (сосна, лиственница), вступают в стадию дифференциации раньше, чем медленнорастущие (ель). Светолюбивые древесные породы самоизреживаются в сомкнутом насаждении более интенсивно, чем ель. Самоизреживание культур ели затруднено, фаза дифференциации растянута по времени и сопровождается ослаблением культур, способствуя заражению их еловой корневой губкой.

Влияние лесорастительных условий на сроки наступления дифференциации определяется различиями в скорости роста культур в высоту в тех или иных лесорастительных условиях. На плодородных почвах наблюдается более интенсивный их рост и соответственно более ранние сроки вступления в фазу дифференциации и выхода из нее, чем на низкоплодородных почвах.

Прежде чем приступить к методическому обоснованию выбора оптимальной густоты культур, необходимо дать ей четкое определение. Это густота, при которой культуры отличаются самой высокой в определенных лесорастительных условиях продуктивностью биологической массы и находятся в хорошем состоянии, не оказывающем негативного влияния на продуктивность. В связи со сложностью определения общей биомассы культивируемых растений можно ограничиться определением стволовой массы с использованием разработанных в лесной таксации приемов. Масса кроны и корневой системы находится в тесной корреляционной связи с объемом ствола и его основными биометрическими характеристиками – с диаметром на высоте груди и высотой ствола; определив последние в натуре, исследователь другие параметры продуктивности культивируемых растений может найти аналитическим путем с использованием уравнений регрессии или таксационных таблиц.

При разработке шкалы оптимальной густоты в различных фазах роста культур необходимо учесть временные отрезки и их градации, которые используются в руководствах и наставлениях по применению рубок ухода за лесом, с целью унификации подходов к исследованиям и к практическому лесоводству. Необходимо учитывать также ход роста по густоте естественных древостоев в данном лесорастительном районе (табл.20).

Математически обоснованный прием определения оптимальной текущей густоты культур предложил М.Д. Мерзленко (Мерзленко, Бабич, 2002). Суть его заключается в следующем. Введенный автором в оборот термин «Условный параметр питания» более точно определяет состояние древостоя, чем термин «Площадь питания». При равном числе стволов на 1 га (густота древостоя) в тонкомерном и толстомерном древостоях площадь питания будет одинаковой, а отношения деревьев со средой, определяющие их конкурентные взаимоотношения – разными. Условный параметр питания (показатель продуцирования), соответствующий 1 м² площади сечения среднего дерева, находится делением площади 1 га (10000 м²) на число стволов на 1 га и площадь сечения среднего дереваS = 10000 / (N ∙ g),где: N – число стволов на 1 га, шт; g– площадь сечения среднего дерева (с точностью до 0,0001 м²= 1 см²).

Автор предупреждает, что ни в коем случае произведение N×g нельзя заменять суммой площадей сечений древостоя на 1 га (абсолютной полнотой), так как полнота не всегда совпадает с густотой.

Свое предложение по использованию понятия «Условный параметр питания» автор обосновывает тем, что диаметр ствола в сравнении с его высотой значительно острее реагирует на густоту древостоя. При этом исследуемый древостой не должен быть нарушен антропогенным и стихийным воздействием.

Оптимальная текущая густота (густота стояния) древостоя культур соответствует минимально возможному значению условного параметра питания (рис. 22). Оптимальная текущая густота в приведенном примере равна 1050 шт. деревьев на 1 га; эта густота способна наиболее эффективно, считает автор, сформировать 1 м² площади сечения среднего дерева (среднего диаметра).

Рис. 22 Зависимость условного параметра питания 50-летних культур ели от густоты стояния

Решение вопроса оптимизации текущей густоты культур значительно усложняется при создании смешанных культур, а так же в случае примешивания к ним естественного возобновления других древесных пород; в этом случае при проведении исследований необходимо учитывать многоплановые особенности аллелопатического взаимодействия древесных пород.

В заключение рассмотрения методических подходов к оптимизации густоты культур необходимо еще раз подчеркнуть, что оптимальная густота должна увязываться с лесорастительными условиями и целевыми установками лесовыращивания.

В табл. 21 приведена справка о числе посадочных мест на 1 га в зависимости от ширины междурядий и шага посадки.

Таблица 21

Число посадочных мест в зависимости от параметров их размещения(по М.Д. Мерзленко, 2009)

Ширина междурядий, м	Число посадочных мест на 1 га (тыс. шт.) при шаге посадки (м)
	0,4	0,5	0,6	0,7	0,75	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,25	1,3	1,4	1,5	1,8	2,0	2,5
1,0	25,0	20,0	16,7	14,3	13,3	12,5	11,1	10,0	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1,1	22,7	18,2	15,2	13,0	12,1	11,4	10,1	9,1	8,3	-	-	-	-	-	-	-	-
1,2	20,8	16,7	13,9	11.9	11,1	10,4	9,8	8,3	7,6	6,9	-	-	-	-	-	-	-
1,3	19,2	15,4	12,8	11,0	10,3	9,6	8,5	7,7	7,0	6,4	6,2	5,9	-	-	-	-	-
1,4	17,9	14,3	11.9	10,2	9,5	8,9	7,9	7,1	6,5	6,0	5,7	5,5	5,1	-	-	-	-
1,5	16,7	13,3	11,1	9,5	8,9	8,3	7,4	6,7	6,1	5,6	5,3	5,1	4,8	4,4	-	-	-
1,6	15,6	12,5	10,4	8,9	8,3	7,8	6,9	6,3	5,7	5,2	5,0	4,8	4,5	4,2	-	-	-
1,7	14,7	11,8	9,8	8,4	7,8	7,6	6,5:	5,9	5,3	4,9	4,7	4,5	4,2	3,9	-	-	-
1,8	13,9	11,1	9,3	7,9	7,4	6,9	6,2	5,6	5,1	4,6	4,4	4,3	4,0	3,7	3,1	-	-
1,9	13,2	10,5	8,8	7,5	7,0	6,6	5,9	5,3	4,8	4,4	4,2	4,0	3,8	3,5	2,9	-	-
2,0	12,5	10,0	8.3	7,1	6,7	6,3	5,6	5,0	4,5	4,2	4,0	3,8	3,6	3,3	2,8	2,5	-
2,1	11,9	9,5	7,9	6,8	6,3	6,0	5,3	4,8	4,3	4,0	3,8	3,7	3,4	3,2	2,6	2,4	-
2,2	11,4	9,1	7,6	6,5	6,1	5,7	5,1	4,5	4,1	3,8	3,6	3,5	3,2	3,0	2,5	2,3	-
2,3	10,9	8,7	7,2	6,2	5,8	5,4	4,8	4,3	4,0	3,6	3,5	3,3	3,1	2,9	2,4	2,2	-
2,4	10,4	8,3	6,9	6,0	5,6	5,2	4,6	4,2	3,8	3,5	3,3	3,2	3,0	2,8	2,3	2,1	-
2,5	10,0	8,0	6,7	5,7	5,3	5,0	4,4	4,0	3,6	3,3	3,2	3,1	2,9	2,7	2,2	2,0	1,6
2,6	9,6	7,7	6,4	5,5	5,1	4,8	4,3	3,8	3,5	3,2	3,1	3,0	2,7	2,6	2,1	1,9	1,5
2,7	9,3	7,4	6,2	5,3	4,9	4,6	4,1	3,7	3,4	3,1	3,0	2,8	2,6	2.5	2,1	1,9	1,5
2,8	8,9	7,1	6,0	5,1	4,8	4,5	4,0	3,6	3,2	3,0	2,9	2,7	2,6.	2,4	2,0	1,8	1,4
2,9	8,6	6,9	5,7	4,9	4,6	4,3	3,8	3,4	3,1	2,9	2,8	2,7	2,5	2,3	1,9	1,7	1,4
3,0	8,3	6,7	5,6	4,8	4,4	4.2	3,7	3,3	3,0	2,8	2,7	2,6	2,4	2,2	1,9	1,7	1,3
3,5	7,1	5,7	4,8	4,1	3,8	3,6	3,2	2,9	2,6	2,4	2,3	2,2	2,0	1,9	1,6	1,4	1,1
4,0	6,3	5,0	4,2	3,6	3.3	3,1	2,8	2,5	2.3	2,1	2,0	1,9	1,8	1,7	1,4	1,3	1,0
5,0	5,0	4,0	3,3	2,9	2,7	2,5	2,2	2,0	1,8	1,7	1,6	1,5	1,4	1,3	1,1	1,0	0,8