Изучение роста и взаимодействия корневых систем древесных пород в лесных насаждениях представляет большой интерес для теории и практики лесного хозяйства. Успешное и продуктивное лесоразведение, правильная разработка агротехнических мероприятий невозможны без знания жизнедеятельности подземных органов древесных и кустарниковых пород. Исследование корневых систем в различных насаждениях открывает нам новые пути повышения продуктивности наших лесов.
Анализ существующих методов исследования корневых систем показывает, что ни один из рассмотренных методов, взятый отдельно, не позволяет в полной мере охарактеризовать строение и развитие корневых систем древесных и кустарниковых растений. Для получения объективных данных необходимо применять одновременно несколько методов. На основе использования существующих методов нами предложен комплексный метод исследования подземных органов древесных пород. Неоднократно проверенный в условиях леса этот метод дает достаточно полное представление о росте и строении корней разных древесных пород в лесных насаждениях, а в молодых культурах позволяет также рассчитать количество корней, приходящееся в среднем на одно растение.
Строение и развитие корневых систем древесных и кустарниковых растений сильно изменяются в зависимости от почвенных и климатических условий. Основная масса (75—85%) крупных и мелких корней на дерново-подзолистых почвах в условиях Московской области и Белоруссии сосредоточена в верхнем 20—30-сантиметровом слое почвы. Сеть же тонких корней, куда входит основная масса активно всасывающих корней, наиболее сильно развита в верхнем 10-сантиметровом слое почвы, где более интенсивно протекают все биохимические процессы. В нижележащих горизонтах количество корней и их ветвление уменьшаются в 10—15 раз.
На серых и темно-серых лесных почвах Бузулукского бора, на обыкновенных суглинистых черноземах Велико-Анадольского лесничества, на темно-каштановых почвах Калмыцкой АССР и Ростовской области массовое распространение корней древесных пород наблюдается до глубины 60—80 см. Корнеобитаемый слой в данных условиях опускается почти в два раза глубже, чем в условиях Московской области и Белоруссии. В засушливых районах корневые системы древесных растений осваивают значительно больший объем почво-грунта как в ширину, так и в глубину и распределяются по почвенным горизонтам более равномерно.
Характер строения и степень развития корневых систем, а также распространение их в почво-грунте определяются биологическими свойствами отдельных древесных пород и факторами внешней среды. При недостатке влаги в почве корневые системы древесных растений осваивают больший объем почвы. Близкий ^уровень грунтовых вод в значительной степени способствует поверхностному разрастанию корней. Плотность почвы лимитирует развитие корней в глубину и ширину. Чем плотнее почва, тем ближе к дневной поверхности залегают подземные органы. В уплотненных горизонтах корни распространяются преимущественно по готовым ходам и трещинам. Наличие их способствует развитию корневых систем и положительно сказывается на росте надземных частей древесных растений.
Корневые системы различных видов древесных пород при одних и тех же почвенно-грунтовых условиях резко различаются между собой. Видовые различия отчетливо проявляются в энергии роста, мощности развития и строения. Индивидуальные особенности в развитии корней проявляются тем сильнее, чем меньше препятствий имеется со стороны факторов внешней среды. Подземные органы различных древесных пород по-разному осваивают почвенные горизонты. Корни лиственных пород активнее и глубже хвойных проникают в почвогрунт. Здесь первое место принадлежит березе и осине. Корневые системы их быстрее растут, глубже проникают в почво-грунт и скорее отмирают, создавая тем самым благоприятные условия для роста и развития корней хвойных пород. Корни последних проникают в уплотненные горизонты в основном по трубкам старых сгнивших корней, главным образом березовых или осиновых.
На светло-каштановых солонцеватых почвах корни акации желтой проникают через уплотненные карбонатные слои лучше корней других древесных пород, поэтому акацию желтую можно использовать для улучшения лесорастительных свойств этих почв при последующем разведении дуба.
Основная масса (80—85%) корней травянистых растений развивается в верхнем 20-сантиметровом слое почвы. Эти корни являются сильным конкурентом для корней древесной растительности, так как перехватывают у них влагу и питательные вещества и подавляют развитие корней древесных пород.
Рост и развитие подземных органов древесных и кустарниковых растений сильно изменяются в зависимости от типов смешения растений в лесных культурах. При правильном подборе древесных пород корневые системы их в смешанных посадках развиваются более мощно и проникают в почво-грунт глубже, чем в чистых культурах (сосна + ель, сосна + береза, дуб + липа и др.). Кроме того, корни при таких вариантах смешения распределяются в почвенной толще более равномерно, и корненаселенность почвенных горизонтов увеличивается в 1,5—2 раза по сравнению с чистыми насаждениями. Растения в смешанных культурах полнее используют запасы влаги и питательных веществ из почвы. Соответственно корневым системам развиваются и надземные части растений. Эти закономерности в росте корней наблюдаются в культурах разного возраста и в разных климатических зонах Советского Союза.
В основе выбора древесных пород для смешанных культур должны лежать прежде всего различия в биологических особенностях роста и развития их корневых систем. Однако необходимо учитывать и взаимовлияния надземных органов. В смешанных культурах, где правильно подобраны лесные породы, корневые системы работают продуктивнее, чем в чистых посадках. Здесь относительно меньшая по весу корневая система питает большую надземную массу. Сеть тонких корней у смешанных культур развита сильнее, чем у чистых. Это свидетельствует о том, что в смешанных посадках, где породы подобраны удачно, создаются более благоприятные условия для корневого питания растений, чем в чистых. В пахотном слое под смешанными культурами накапливается больше питательных веществ и активнее улучшаются физические свойства почвы.
Взаимовлияние корневых систем наиболее резко проявляется в накоплении органической массы с единицы площади насаждения. При правильном подборе древесных пород общая продуктивность смешанных культур превышает чистые. В большинстве вариантов смешанных культур до 10-летнего возраста накопление органической массы с единицы площади насаждения было на 20—60% больше, чем в чистых.
Из сказанного следует, что устойчивость и продуктивность лесных насаждений находится в прямой зависимости от степени развития корневых систем. Рост и развитие корней в свою очередь обусловливаются экологическими факторами среды и биологическими свойствами той или иной древесной породы, а в смешанных посадках и их взаимовлиянием.
Ростом корневых систем в значительной степени можно управлять путем смешения соответствующих древесных пород и таким образом влиять на продуктивность лесных насаждений. Указанные закономерности в жизни леса имеют большое значение для практики лесного хозяйства и должны быть рационально использованы в повышении продуктивности лесов.
В жизнедеятельности древесных растений важную роль играют физиологически активные корни. В основном они обеспечивают растение водой и минеральной пищей и, согласно последним данным, принимают деятельное участие в синтезе новых органических соединений. Физиологически активные корни в течение годового цикла обновляются. Нарастание их у древесных пород в период вегетации происходит неравномерно. Периоды интенсивного роста чередуются с периодами затухания. Максимумы и минимумы нарастания активных корней у разных древесных пород часто протекают в разные сроки. Сезонный ритм роста активных корней во многом определяется биологическими особенностями древесных пород. Большую роль в этом процессе играют также внешние факторы среды. Однако неравномерность нарастания активных корней наблюдается и при постоянном оптимальном режиме увлажнения.
Установлено, что в периоды максимального роста активных корней растение поглощает наибольшее количество воды и питательных веществ. В связи с этим корневая конкуренция за влагу и питательные вещества между породами, у которых максимумы и минимумы протекают в разные сроки, меньшая, чем у растений с совпадающими максимумами и минимумами. Следовательно, при подборе пород в смешанных культурах необходимо учитывать различный ритм роста корней у отдельных видов растений.
Интенсивность роста активных корней изменяется с возрастом дерева. Периоды энергичного роста активных корней у молодых деревьев наступают несколько раньше, чем у старых. Поэтому в разновозрастном насаждении питательные вещества и влага расходуются более равномерно, чем в одновозрастном. Периоды усиленного роста активных корней в течение сезона чередуются по зонам глубины. Весной активные корни более интенсивно растут в верхнем слое, а осенью — в глубже-лежащих слоях.
Энергия нарастания активных корней во многом зависит от влажности и температуры почвы. Для каждой породы существует свое наиболее благоприятное сочетание температуры почвы с влажностью. При недостатке влаги в почве (ниже тройной гигроскопической) и при избытке ее рост корней резко сокращается. Повышенная температура почвы (15° и выше) в сухие периоды также вызывает сильное сокращение роста активных корней.
Продолжительность жизни активных корней у древесных пород разная. У многих деревьев молодые сосущие корешки обновляются в течение года 4—8 раз, причем у хвойных пород опробковение активных корней происходит значительно быстрее, чем у лиственных. Срок жизни активных корней в течение года меняется. Весной и летом молодые окончания пробковеют в течение 10—40 дней. Осенью и зимой значительная часть их существует несколько месяцев. Многие сосущие окончания, появившиеся осенью, сохраняются до будущего лета. Срок жизни активных корней зависит от биологических особенностей вида и степени увлажнения почвы. Недостаток влаги сильно сокращает количество и продолжительность жизни активных корней, а при влажности, равной тройной гигроскопической, образование их вовсе прекращается.
Исследования показали, что на основе знания сезонного ритма роста активных корней у отдельных древесных пород можно более правильно подбирать компоненты для смешанных типов лесных культур и обоснованно проводить агротехнические мероприятия. В частности, вносить удобрения целесообразно в периоды интенсивного роста активных корней, т. е. во время весеннего и осеннего максимумов.
Установлено, что элементы минеральной пищи перемещаются из одного растения в другое, причем это перемещение наблюдается не только между растениями одного вида, но и между растениями разных видов при соприкосновении их корней. Эта закономерность свойственна всем растениям. Передача меченого фосфора из одной породы в другую часто происходит гораздо активнее, чем между растениями одной и той же породы. Следовательно, путем направленного подбора пород в смешанных насаждениях можно создавать благоприятные условия для минерального питания их компонентов.
Локализованной связи между отдельной частью корневой системы и кроной дерева не существует. Любая корневая мочка способна питать разные участки кроны дерева. Интенсивность поступления питательных веществ в ветки кроны, определяется энергией их роста.
Взаимное влияние разных древесных и кустарниковых растений в значительной степени обусловливается разными сроками и разной активностью поглощения и выделения минеральных питательных веществ их корневыми системами. Правильно подобранные компоненты в смешанных культурах создают благоприятные условия для корневого питания. Например, в период максимального поглощения фосфора корнями дуба (июнь) происходит наибольшее выделение его в окружающую среду корнями липы. Примерно такой же ритм поглощения и выделения наблюдается у сосны и березы.
Подбор лесных пород для создания смешанных культур должен производиться так, чтобы у компонентов смешения максимумы и минимумы поглощения и выделения элементов минеральной пищи, а также периоды интенсивного роста корней у древесных пород протекали неодновременно. Проведенные исследования позволяют значительно глубже понять межвидовые и внутривидовые взаимоотношения у древесных пород и более направленно их использовать в практике лесного хозяйства.
Установленные нами закономерности в ходе роста и взаимодействия корневых систем послужат основой для разработки научных мероприятий по созданию и выращиванию устойчивых и более продуктивных лесных насаждений.