Понятие густоты культур, густоты древостоя неразрывно связано с сущностью и природой леса. Густота лесных культур - это число древесных и кустарниковых растений, выращиваемых на единице лесокультурной площади. При выборе густоты культур необходимо исходить из возможно более полного использования растениями светового и почвенного плодородия, выражением чего является лучший рост растений и наибольшая масса их на единице площади.
При естественном возобновлении не покрытых лесом площадей природа заселяет их в первые годы очень густо. Количество всходов деревьев и кустарников на вырубках может достигать нескольких миллионов штук на 1 га. Однако по мере роста густота быстро уменьшается, особенно в стадии чащи или жердняка. К возрасту естественной спелости, как правило, на 1 га остается несколько сот деревьев. В богатых типах условий местопроизрастания их меньше, а в бедных - больше. Природа сама регулирует оптимальную густоту древостоев, как бы заранее предусматривая большой отпад особей. В результате дифференциации выживают самые устойчивые, самые быстрорастущие и здоровые экземпляры.
По экономическим причинам нельзя сажать и выращивать сотни тысяч и тем более миллионы сеянцев или саженцев на 1 га. С этой целью определяется оптимальная густота создаваемых культур. Она различна для насаждений разных древесных пород, в насаждениях чистых и смешанных, разного возраста и неодинакового целевого назначения, произрастающих в различных условиях. Зависит оптимальная густота и от режима выращивания культур, от материально-технического оснащения предприятия, перспективной потребности в древесине.
Урожай сельскохозяйственных культур оказывается наибольшим при густоте, когда на 1 га имеется примерно 4 га фотосинтезирующей поверхности листьев. Этот показатель называется индексом Нечипоровича (отношение фотосинтезирующей поверхности растений к единице площади). Лесные насаждения, как правило, сложнее, чем сельскохозяйственные культуры, по составу и структуре фитомассы. Наибольший средний прирост древесины и всей биомассы лесные насаждения имеют при фотосинтезирующей поверхности листьев (хвои) 4-6 и даже 8 га (у тополей) на 1 га площади. Оптимальной густотой выращиваемых древостоев должно быть такое количество растений на единице площади, которое обеспечивало бы наличие сомкнутого полога в процессе всего времени роста и максимальное использование солнечной энергии фотосинтезирующей поверхностью листьев и почвенного плодородия - корневыми системами.
Для определения оптимальной густоты лесных культур лесоводы давно начали создавать и выращивать опытные лесные культуры.
Опытные лесные культуры разной густоты
К одним из первых следует отнести посадки и посевы сосны и ели профессора Кунце в Германии, созданные в 1861-1863 гг. в лесничествах Рейдниц, Меркерсбах и Вермсдорф в 7 вариантах густоты - от 2,5 до 14 тыс. шт/га с квадратным и рядовым размещением посадочных мест.
В 70-х и 80-х годах 19-го столетия были проведены обширные опыты с посадкой сосны и ели в Пруссии (ныне Калининградская обл.) по инициативе Эберсвальдской лесной опытной станции. В Чехословакии посадкой в 1889 г. были созданы опытные культуры ели с густотой 2,5-4, 4-10 тыс. шт/га.
В нашей стране в 1879 г. профессором М. К. Турским в Лесной опытной даче бывшей Петровско-Разумовской (ныне Тимирязевской) с.-х. академии, созданы посадкой культуры сосны на мощнодерновом слабооподзоленном легком суглинке (D2) с тремя вариантами густоты: 2,2-4,9 и 8,8 тыс. шт/га. В 1901 г. проф. Н. С. Нестеров дополнил этот опыт, создав еще 8 вариантов культур с густотой от 2,2 до 22,8 тыс. шт/га. Культуры периодически изучались Г. Р. Эйтингеном (1918), П. С. Кондратьевым (1939 и 1959), В. Г. Нестеровым (1961). В 1913-1914 гг. А. П. Тольский в наиболее трудных условиях местопроизрастания Бузулукского бора (A1-А2) посадкой сеянцев создал культуры сосны в 6 вариантах густоты - от 4,1 до 34,8 тыс. шт/га. Культуры изучали Е. Д. Годнев (1934), Н. П. Чардымов (1944), В. С. Соколов (1964), В. М. Невзоров (1968). Опытные культуры сосны разной густоты были созданы также в Латвии (А. В. Кундзиньш, 1939), в Боярском учебно-опытном лесхозе под Киевом (Н. М. Ягниченко, 1940), в Негорельском учебно-опытном лесхозе под Минском (Б. Д. Жилкин, 1949), в Воронежской обл. (В. И. Рубцов, 1953). В 1947-1962 гг. проф. В. П. Тимофеев провел интересный опыт выращивания на небольших участках 12-летних культур лиственницы (0,25-0,5-1 и 2 млн. шт/га), сосны, ели и липы (по 5 вариантов от 10 до 250 тыс. шт/га) с полной выкопкой и учетом всех растений. Известны и другие культуры сосны обыкновенной, но с меньшим количеством вариантов.
Значительно меньше было создано опытных культур ели. Кроме упомянутых выше, в нашей стране известны культуры ели разной густоты, созданные в начале текущего столетия в Ново-Дугинском лесхозе Смоленской обл. (2,5-6 тыс. шт/га) и в Богородицком лесхозе Тульской обл. (1,6 и 6,7 тыс. шт/га).
Еще меньше опытных культур дуба с различной густотой. Такие культуры были созданы в Савальском лесхозе Воронежской обл. (посев 1878 г. - 140 тыс. желудей на 1 га) и в Крапивенском лесхозе Тульской обл. (посев 1907 г. - 80 тыс. желудей на 1 га).
Анализ результатов изучения опытных культур разной густоты в нашей стране и за рубежом позволил установить целый ряд общих закономерностей их роста и развития, преимущества и недостатки выращивания густых и редких насаждений.
1. Чем гуще посадки, тем раньше наступают смыкание крон деревьев и образование полога, дифференциация их в росте, а также естественное изреживание, которое с возрастом приводит к выравниванию количества деревьев на единице площади.
2. Средний диаметр насаждения с увеличением густоты во всех случаях уменьшается, а средняя высота сначала увеличивается, а затем уменьшается. Чем больше возраст культур, тем в более редких культурах больше средние диаметры и высоты.
3. Запас древесины сначала увеличивается с увеличением густоты, затем падает. В более редких посадках запас древесины все время увеличивается и, если число деревьев не ниже оптимального, после 30-40 лет, а иногда и раньше, как правило, значительно превышает запас в густых насаждениях.
4. Промежуточное пользование в более густых насаждениях всегда значительно больше, чем в редких. Так, к 60 годам в опытных культурах сосны и ели Саксонской лесной опытной станции промежуточное пользование в процентах от главного составило: в самых густых (14 тыс. шт/га) - 80-100%; в самых редких (2,5 тыс. шт/га) - 40-50%.
5. Общая производительность - запас древесины во время главной рубки + промежуточное пользование всегда больше в густых, чем в редких насаждениях, в среднем на 25-30%.
6. Густые культуры имеют преимущество перед редкими с точки зрения сохранности древостоя и отбора «деревьев будущего». Однако они в большей мере подвержены снеголому и ветровалу. Густые культуры сосны чаще и больше повреждаются корневой губкой, обыкновенным и снежным шютте, раком-серянкой, фацидиозом, но более устойчивы на зараженных хрущом площадях. Редкие культуры хвойных пород менее пожароопасны.
7. При своевременном уходе за стволами (обрезка сучьев) качество выращиваемой древесины в редких культурах не хуже, чем в густых.
8. Затраты на создание культур и уходы после смыкания полога (рубки ухода) всегда больше в густых культурах, а на дополнения и уходы до смыкания полога - в редких. Однако, как правило, дополнительные расходы на борьбу с сорняками и лиственными породами, на обрезку сучьев обычно компенсируются экономией на посадочном материале при производстве культур. Несмотря на общую меньшую производительность, стоимость древесного запаса в более редких культурах выше, чем в густых, из-за повышенного удельного веса крупной деловой древесины.
9. Густота насаждений, при которой продуцируется максимум органической массы (и древесины), не остается постоянной с возрастом древостоя. Так, в условиях свежей субори на юго-востоке левобережной Украинской лесостепи оптимальная густота, обеспечивающая наибольший прирост древесины в чистых древостоях сосны, равна: в 20 лет - 3226, в 40-2500, в 60 - 1351, в 80 - 769 и в 100 лет - 474 шт/га.
Зарубежные исследователи считают, что оптимальная густота - это то количество деревьев, которое обеспечивает к возрасту главной рубки максимальный доход от продукции (древесины) с минимальными затратами. Большое разнообразие почвенно-климатических, экономических и других условий исключает возможность стандартных рекомендаций густоты.
Оптимальная густота культур зависит: 1) от биологических и лесоводственных свойств древесных пород - более светолюбивые породы следует выращивать в менее густых древостоях, чем теневыносливые; 2) от состава культур: чистые - гуще, смешанные - реже, с учетом последствий взаимовлияния древесных пород; 3) от условий местопроизрастания - в более бедных и сухих - гуще, в более богатых и влажных - реже; 4) от экономических условий, режима и цели выращивания - при наличии потребности на древесину от рубок ухода и возможности их проведения - гуще; в противном случае - реже; 5) от состояния и происхождения лесокультурной площади, а также от метода производства культур. Культуры, созданные посевом, обычно бывают более густыми, чем созданные посадкой. Сплошные культуры гуще частичных.
Наблюдается тенденция к уменьшению густоты выращиваемых лесных культур. Связано это прежде всего с нерентабельностью рубок ухода в молодняках, отсутствием спроса на мелкотоварную древесину и, с другой стороны, возможностью ускоренного выращивания крупномерной древесины в редких культурах. В то же время в жестких климатических условиях, в бедных и сухих типах условий местопроизрастания, например в Бузулукском бору, целесообразны относительно более густые, как более устойчивые, культуры с первоначальным количеством посадочных мест от 10 до 15 тыс. шт/га. Редкие культуры облегчают комплексную механизацию производства лесных культур. Непременным условием выращивания редких культур должно быть использование сортовых семян и отборного лесокультурного посадочного материала, увеличение уходов за стволами деревьев.
Рекомендации по густоте лесных культур
На основании вышеизложенного в нашей стране принята следующая густота культур главнейших лесообразующих пород.
Культуры сосны создают с густотой до 4-8 тыс. шт/га в таежной зоне. На крайнем юге и юго-востоке европейской части России с целью повышения устойчивости создают более густые культуры - в сухих и свежих борах от 10 до 20 тыс. шт/га, а на зараженных хрущом участках - 15-20 тыс. шт/га.
Культуры ели обычно создают с густотой от 2,5-3 до 5-8 тыс. шт/га. Минимальная густота - 2,5-3 тыс. шт/га - применяется при использовании в качестве посадочного материала саженцев и создании частичных культур в самых благоприятных для роста ели условиях. Проф. В. В. Огиевский (1974) при создании частичных культур ели с использованием саженцев рекомендует еще меньшую густоту - 1-1,3 при одиночных рядах и 2-2,6 тыс. шт/га при спаренных рядах по пластам.
Наибольшую продуктивность культуры лиственницы имеют в относительно редких культурах с первоначальным участием ее от 500 до 2000 шт/га. На одном из участков знаменитой Линдуловской рощи к возрасту 211 лет из высаженных первоначально 552 (4,26х4,26 м) сохранилось 443 дерева на 1 га со средним диаметром 48,4 см, средней высотой 38,5 и запасом древесины 1570 м3/га. Общая густота смешанных культур с участием лиственницы обычно находится в пределах 4-8 тыс. шт/га. При создании чистых культур лиственницы рекомендуется несколько большая первоначальная густота - от 2 до 4 тыс. шт/га.
Кедр рекомендуется выращивать в зависимости от целевого назначения: в культурах редких - 500-800 шт/га, средней густоты - 2-3, обычной густоты - 6-8 тыс. шт/га. Культуры дуба обычно выращивают смешанными по составу. Участие дуба в таких культурах, как и лиственницы, невелико: в дубравах - 1-2 тыс., в судубравах - 2-3 тыс. шт/га. Общая густота культур не более 7-9 тыс. шт/га. Культуры тополей рекомендуется выращивать редкими - от 400 до 1,1-1,5 тыс. шт/га с использованием крупномерного посадочного материала.
Перспективно ускоренное выращивание древесины в редких - плантационных культурах. В плантационных культурах можно уже сегодня с успехом выращивать быстрорастущие древесные породы - тополя, акацию белую, древовидные ивы, эвкалипты. Плантационные культуры тополей широко применяются во многих странах. При этом плантации имеют два целевых направления - с коротким оборотом рубки на мелкотоварную древесину и крупномерную.