Влияние эдафических условий на рост культур кедра сибирского на Урале (Хохрин А.В.)

Одной из главных причин неудач при создании лесных культур кедра на Урале является недооценка климатического их районирования. Сохранность и рост его посадок находятся в прямой зависимости от годовой суммы осадков, относительной влажности воздуха и в обратной - от среднегодовой температуры воздуха (Хохрин, 1970а, б). На основе этой закономерности мы предложили, с учетом гипотезы Г. Ф. Морозова (1913), различать на Урале и прилегающих к нему равнинах три лесокультурные области для разведения кедра сибирского: I - оптимального роста и массовых культур; II - удовлетворительного роста и островных культур; III - неудовлетворительного роста и спорадических культур (Хохрин, 1970а). В первой области масштабы культур кедра не ограничиваются климатическими условиями, а в третьей - разведение его целесообразно лишь в опытных размерах с целью интродукции. Однако еще недавно основные попытки культивировать кедр в производственных объемах предпринимались именно в третьей области с неблагоприятным для него климатом, поэтому в большинстве случаев результаты оказались отрицательными (Хохрин, 1961).

Кроме климатических факторов, при разведении кедра важно учитывать эдафические, или почвенно-грунтовые, условия. По мнению Б. П. Колесникова (устное сообщение), следует различать три предела воспроизводства кедровых лесов: 1) предел распространения кедра, определяемый климатическими факторами, прежде всего относительной влажностью воздуха; 2) предел существования кедра, связанный, помимо влажности воздуха, с влажностью субстрата; 3) предел оптимального роста кедра, обусловленный, кроме влажности воздуха и субстрата, наличием богатых почв.

Почвенные условия естественного произрастания кедра на Среднем Урале специально изучались Б. А. Лебедевым (1955) и С. А. Зубовым (1962). Первый из авторов отмечал, что кедровые леса наиболее распространены на дерново-подзолистых почвах, но встречается кедр в самых разнообразных эдафических условиях: горноподзолистых каменистых, болотных торфяно-глеевых, подзолистых, аллювиальных и реже серых лесных оподзоленных. Наивысший урожай шишек и наибольший прирост древесины кедр дает на высокоплодородных мощных почвах. "При искусственном разведении кедра с этим необходимо считаться" (Лебедев, 1955, с. 74-75). Другой автор связывает почвенные условия с элементами рельефа, учитывая, что более высоким бонитетом и орехопроизводительностью отличаются кедровники нижних частей склонов, подножия гор и приречных участков, развивающиеся на более мощных суглинистых и аллювиальных почвах. "Примером тому служат многочисленные окультуренные кедровники по рекам Туре, Лобве, Салде и, в особенности, по Тагилу" (Зубов, 1962, с. 25). Таким образом, оба исследователя, не рассматривая отдельно режима увлажнения и минерального питания, приходят к выводу, что кедр требователен к почвенным условиям.

Культуры кедра в условиях Среднего Урала произрастают на различных типах почв: горно-лесных, подзолистых, дерново-подзолистых, дерново-луговых и серых лесных; по механическому составу - щебенчатых, песчаных, суглинистых и глинистых, а по степени увлажнения - от сухих до периодически сырых (Хохрин, 1966). По нашим наблюдениям, основным эдафическим фактором, обусловливающим хороший рост культур кедра, является режим увлажнения почвы. О требовательности кедра к влажности почвы мы можем судить по росту культур в разных типах лесорастительных условий, учитывая, что при классификации последних в основу положен гидрологический режим почвогрунтов (Колесников и др., 1973).

В табл. 1 приведены данные о сохранности и росте одновозрастных культур кедра, произрастающих в пределах одной Восточно-Уральской лесорастительной провинции подзоны предлесостепных сосново-березовых лесов, но в различных группах типов лесорастительных условий (III лесокультурная область кедра на Урале). С ухудшением режима увлажнения, как правило, снижается приживаемость и сохранность культур кедра, уменьшаются размеры по диаметру и высоте, падает средний прирост. Наилучший рост кедра наблюдается в свежем типе лесорастительных условий, где средняя высота культур к восьми годам достигает 27 см, тогда как в сухом типе к этому возрасту она всего 16 см, т. е. ниже почти в два раза. Плохо растут посадки кедра в периодически сухом типе лесорастительных условий. По сравнению со свежим типом в двух случаях (участки 32, 37) разница высот оказалась существенной и достоверной при статистической обработке материала.

Таблица 1. Сохранность и рост восьмилетних культур кедра по типам лесорастительных условий Миасского лесхоза Челябинской области

^*(Достоверность разницы вычислена по отношению к свежему типу.)

Разница средних высот в культурах для периодически сырого и свежего типов лесорастительных условий не существенна, т. е. тот и другой тип условий имеют для восьмилетних культур кедра примерно одинаковый экологический эффект, разница высот лишь 3 см.

Аналогичная картина влияния типов лесорастительных условий на рост кедра наблюдается и в других лесных подзонах Среднего Урала. Так, для подзоны южнотаежных лесов (Красноуфимский лесхоз) высота культур кедра на дерново-сильноподзолистых сухих почвах в возрасте 14 лет составляет лишь около 43 см, а на свежих таких же почвах в 18 лет-180 см; на горно-лесных сухих почвах (Билимбаевский лесхоз) посадки кедра в возрасте 13 лет достигают высоты 20 см, тогда как на свежих суглинистых почвах в этом же возрасте - 60 см.

Таким образом, энергия роста культур кедра в сухих и периодически сухих типах лесорастительных условий снижается в 2-3 раза по сравнению с посадками в оптимальных (свежих) почвенных условиях.

На требовательность кедра к влажности почв указывают многие исследователи. Н. Г. Мальгин (1842) писал, что "чем почва мокрее - даже до степени плоского болота, и чем она холоднее, тем охотнее поселяется на ней кедр" (с. 333). Также определенно об этом высказывался Р. Р. Поле (1913, с. 20): "Кедр требует от почвы известного количества влаги, избыток которой ни в коем случае не может служить препятствием для его существования, напротив, он его переносит лучше других пород, зато он совсем не переносит сухости субстрата", "лучше всего кедр себя чувствует на свежих почвах, которые приурочены в Печорском крае исключительно к склонам холмов и берегов рек, или же к поймам".

Несмотря на ясность этого вопроса, практики лесного хозяйства часто игнорируют его, что приводит к нежелательным результатам при разведении кедра. Так, по материалам нашего учета, из 36 закультивированных кедром площадей 16, или 44%, расположены в сухих и периодически сухих типах лесорастительных условий. В этом, по нашему мнению, также кроется одна из причин неудач при выращивании культур кедра на Среднем Урале.

При подборе площадей под культуру кедра важно иметь з виду не только соответствующий тип лесорастительных условий, но и тип водного режима почв. Наилучшая влагообеспеченность кедровых культур, судя по их росту, наблюдается при поверхностно-почвенном стоке осадков или наличии верховодок и аллювиальных вод, т. е. при проточном режиме увлажнения. При промывном типе водного режима почв, даже когда грунтовые воды залегают неглубоко, они остаются мало доступными для поверхностной корневой системы кедра, что особенно характерно для легких песчаных почв. Подобное явление нами отмечено даже в свежем типе лесорастительных условий, на суглинистых почвах, при залегании грунтовых вод на глубине 1,1 м, но при наличии плотных (мертвых) горизонтов А2 и Bi (табл. 2, участок 6). Поэтому при обследовании лесокультурных площадей и разработке проектов лесокультур кедра обязательно следует производить почвенный разрез с целью определения водного режима почв.

Таблица 2. Влияние химического состава почв на рост культур кедра в группе свежих типов лесорастительных условий на Среднем Урале

Кроме влажности почв, кедр требователен к их богатству. Р. Р. Поле (1913) утверждал, что "чем богаче почва минеральными веществами, тем лучше рост кедра". По данным Б. А. Лебедева, в естественных условиях кедр произрастает как на нейтральных, так и на кислых почвах, к их химическому составу он не очень избирателен, но можно ожидать улучшения роста насаждений при внесении азотных удобрений и поверхностном известковании почв (Лебедев, 1955).

При обследовании культур кедра сибирского на Среднем Урале нами изучалось влияние химического состава почв на их рост. В табл. 2 приведены данные для свежего типа лесорастительных условий, где минеральные вещества проявляют наибольшее действие. Лучший рост кедра наблюдается на почвах, имеющих высокую степень насыщенности основаниями (до 90%), большое содержание гумуса (до 12%) и особенно богатых фосфором (более 25 мг на 100 г почвы). Из-за недостатка фосфора даже при большом количестве азота несколько снижается средний прирост культур кедра (участок 42).

Кедр требователен к нейтральным и слабокислотным почвам, на всех лучших участках культур рН солевой вытяжки 4,6-5,4, а при водной вытяжке не опускается ниже 5,8.

Таким образом, исследования почвенных условий произрастания кедровых культур на Среднем Урале подтверждают идею Б. П. Колесникова о пределах оптимального роста и существования кедра в границах определенной климатической области. Влажность и богатство почвы - необходимые условия для успешного роста культур кедра. Механический состав почв особого влияния на рост кедра не оказывает. Но плотность горизонтов, которая характерна для щебенчатых, суглинистых и песчаных почвенных разностей, препятствует развитию корней кедра.

На Среднем Урале оптимальные почвенные условия для культуры кедра - на дерново-луговых аллювиальных, дерново-слабоподзолистых суглинистых, глинистых и темно-серых лесных почвах.

Учитывая сказанное, можно рекомендовать массовые культуры кедра в области I, сплошного распространения, во всех типах лесорастительных условий, но в основном в периодически сухих, свежих и периодически сырых группах; в области II, островного распространения кедра, культуры его целесообразны лишь в свежих, периодически сырых и сырых условиях; в области III, единичного распространения кедра, его культуры могут иметь некоторое хозяйственное значение только в периодически сырых и сырых (мокрых) типах лесорастительных условий.

Практически лесокультурные площади для кедра необходимо выбирать вдоль низких берегов рек, речек и ручьев, по лесным ложбинам и лощинам, по подножиям гор и холмов или в нижней части склонов; на ровных местоположениях - с постоянным и достаточным режимом увлажнения почв (глубокие свежие суглинки и глины).

Важно отметить, что, удовлетворяя требовательность кедра сибирского к влажности и богатству почв, его можно выращивать далеко за пределами ареала. Видимо, благоприятные эдафические условия компенсируют неблагоприятные климатические факторы. Об этом свидетельствует исторический опыт интродукции кедра в европейской части СССР (Петров, 1961; Хохрин, 1966).

С эдафическими условиями связаны особенности строения культур кедра сибирского, для которых вообще характерна высокая индивидуальная изменчивость по высоте (более 40%), ступенчатая дифференциация особей, обусловливающая вертикальную (не горизонтальную) сомкнутость, асимметрию и многовершинность рядов распределения (Хохрин, 19706). Эти показатели наиболее проявляются в неблагоприятных типах лесорастительных условий - на сухих и периодически сухих почвах (рис. 1). В культурах наблюдается ступенчатая дифференциация особей по высоте (коэффициент изменчивости 41,6%), медленный рост (средняя высота 19,9+0,8 см) и слабое развитие корневой системы. Сохранность культур 35,2 %.

Рост и развитие корневой системы кедра зависят от почвенных условий. В естественных условиях, как это отмечал еще Н. Г. Мальгин (1842), кедр до десятилетнего возраста укореняется так слабо, что его можно легко вырвать с корнем. Подобная картина наблюдается и в культурах кедра на горно-лесных сухих, суглинистых со щебнем почвах (см. рис. 1). Но особенно медленное формирование корневой системы идет у культур кедра под пологом леса на песчаных почвах. Так, в Талицком лесхозе (Луговское лесничество) культуры кедра под пологом соснового насаждения в возрасте 50 лет имели среднюю высоту 297+18 см, средний диаметр на высоте груди 2,8±0,23 см; вес корней и вес наземной части у среднего дерева составляли соответственно 0,64 и 3,2 кг, т. е. 1 : 5. В этих условиях кедр образует слабую шнуровидную поверхностную корневую систему и обречен на гибель. Эти посадки были сделаны в 1913 г., видимо, под руководством В. Ф. Овсянникова на площади 2 га; к 50 годам сохранилось лишь 58 деревьев, и находятся они в угнетенном состоянии. Опыт показал, что рекомендации прежних лесоводов по выращиванию кедра под пологом леса мало обоснованы (Хохрин, 1968).

Рис. 1. Саженцы кедра (возраст 13 лет), выросшие на сухих горно-лесных почвах Билимбаевского лесхоза, Крутихинского лесничества, кв. 49

В свежих и периодически сырых типах лесорастительных условий при проточном режиме увлажнения развивается мощная двух-, трехъярусная корневая система, а на глубоких суглинистых и глинистых почвах при промывном режиме образуется ясно выраженный стержневой корень. Начиная с трех-, четырехлетнего возраста кедр сибирский в культуре, как правило, развивает выше корневой шейки придаточные корни (рис. 2). На горно-лесных и песчаных почвах придаточные корни растут слабо из-за сухости верхних горизонтов. Наиболее мощно они разрастаются на свежих, богатых почвах. В этих условиях придаточные корни, образуя два-три яруса, к 15 годам составляют основную корневую систему, а первичная система корней значительно редуцируется (рис. 3). Экземпляры кедра, имеющие в культуре хорошо развитые придаточные корни, отличаются наилучшим ростом. Эта важная лесоводственная особенность характерна также для естественного подроста кедра (Судачкова и др., 1967). Кедр и в культуре является облигатным микотрофом. На сухих и бедных почвах микориза на корнях кедра образуется слабо, обычно вильчатой и простой формы эктоэндо-трофного типа, а на свежих и богатых - весьма обильно, клубеньковой и коралловидной формы того же типа (см. рис. 2).

Рис. 2. Саженец (возраст 5 лет) с хорошо развитой мочковатой корневой системой и первыми придаточными корнями, образуемыми выше гипокотиля. На корнях обильная микориза. Почвы свежие

Рис. 3. Поверхностная двухъярусная корневая система кедра, образованная за счет придаточных корней, на свежих дерново-луговых почвах. Возраст культуры 19 лет. Участок 5. Ботанический сад УНЦ АН СССР

При раскопках корневых систем кедра в культуре была выявлена еще одна интересная особенность - нередкие случаи самопрививок корней кедра к корням сосны, которая оказывалась поблизости; прочного срастания корней кедров, растущих рядом, не наблюдалось.

Итак, основными эдафическими факторами, обусловливающими хороший рост культур кедра на Урале, являются режим увлажнения и степень богатства почв. На свежих и периодически сырых почвах, имеющих слабокислую реакцию, высокую насыщенность основаниями, большое содержание гумуса и фосфора, рост и сохранность культур кедра в два раза выше, чем на сухих и периодически сухих бедных почвах. На высокоплодородных мощных почвах в культурах кедра образуется поверхностная двух-, трехъярусная корневая система из вторичных придаточных корней с обильной микоризой.

Методы и способы создания лесных, лесосадовых и лесопарковых культур кедра сибирского должны разрабатываться с учетом влияния эдафических условий на рост, периодичность семеношения и декоративность. Первые научные рекомендации по воспроизводству кедровых лесов на Урале (Хохрин, 1971; Смолоногов, Кирсанов, 1978) и в Сибири (Широкая, 1964; Лоскутов, 1971) предложены для широкого внедрения в практику лесного хозяйства.

Литература

Зубов С. А. Почвенные условия произрастания кедра сибирского на Среднем Урале. - В кн.: Доклады второй научно-технической конференции молодых специалистов лесного производства Урала по итогам работы за 1961 г. Свердловск: УФАН СССР, 1962, с. 22-25.

Колесников Б. П., Зубарева Р. С, Смолоногов Е. П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1973. 174 с.

Лебедев Б. А. К вопросу о почвенных условиях произрастания кедра на Урале - Труды Ин-та биологии УФАН СССР, 1955, вып. 6, с. 62-75.

Лоскутов Р. И. Искусственное восстановление кедра сибирского. М.: Лесная промышленность, 1971. 105 с.

Мальгин Н. Г. Некоторые замечания о произрастании сибирского кедра - Лесной ж., 1842, ч. 2, вып. 3, с. 332-361.

Морозов Г. Ф. Замечания по докладу Поле Р. Р. "К биологии сибирского кедра". - Лесной ж., 1913, вып. 3-4, с. 670-673.

Петров М. Ф. Кедровые леса и их использование. М.; Л.: Гослесбумиздат, 1961. 130 с.

Поле Р. Р. К биологии сибирского кедра. - Изв. С. - Петерб. бот. сада, 1913, т. 13, вып. 1-2, с. 1-22.

Смолоногов Е. П., Кирсанов В. А. Основные итоги опыта воспроизводства кедровых лесов посредством культур. - В кн.: Проблемы выращивания кедра сибирского в питомниках и культурах: Тезисы докладов. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1978, с. 43-46.

Судачкова H. Е., Расторгуева Е. Я., Коловский Р. А. Физиология подроста кедра. М.: Наука, 1967. 123 с.

Хохрин А. В. К проблеме культуры кедра в Свердловской области. - Доклады первой научно-технической конференции молодых специалистов лесного производства Свердловской области по итогам работ 1960 г. Свердловск: УФАН СССР, 1961, с. 55-57.

Хохрин А. В. Культура кедра сибирского на Среднем Урале: Автореср. канд. дисс. Свердловск, 1966. 24 с.

Хохрин А. В. Сохранность кедра сибирского в посадках. - В кн.: Сборник трудов Уральского лесотехнического института Свердловск, 1968, с. 122-127.

Хохрин А. В. Об отношении культур кедра сибирского к климату на Среднем Урале в свете гипотезы Г. Ф. Морозова. - В кн.: Лесообразовательные процессы на Урале. Свердловск: УФАН СССР, 1970а, с. 312-322.

Хохрин А. В. Особенности строения культур кедра сибирского. - В кн.: Динамика и строение лесов на Урале. Свердловск: УФАН СССР, 19706, с. 50-56.

Хохрин А. В. Методы промышленной культуры кедра сибирского на Среднем Урале. - В кн.: Опыт и пути улучшения ведения лесного хозяйства в Пермской области. Пермь, 1971, с. 115-120.

Широкая M. H. Культуры кедра сибирского в горных лесах Сибири. M.: Лесная промышленность, 1964. 100 с.