ВведениеСоздание лесных насаждений с участием дуба или чисто дубовых насаждений практиковалось в России с конца 17 – начала 18 веков, когда императору Петру I потребовался корабельный лес ближе к чёрному морю.Создавать лесные насаждения приходилось в условиях степной зоны России. Лесорастительные условия на большей части этой территории не способствовали успешному выращиванию дуба. Лесоводы вынуждены были искать способы создания условий для культур дуба. Один из них густые посадки дуба.Проследим эволюцию этой идеи: в России в 1876 году Ю.Г. Леман разработал и применил в Херсонской губернии групповой метод создания лесных культур [1]. В 1898 году В.Д. Огиевский использует густые культуры дуба на лесосеках после возобновительных рубок. В площадки размером 2×1 м высевали по 50-100 желудей или высаживали по 25-50 сеянцев дуба [2]. В 60-е годы 20-го века широко внедряется гнездовой способ по методу академика Лысенко Т.Д. В это же время сотрудники Института леса Академии наук СССР закладывали опытные насаждения квадратным и квадратно-диагональным способами в тяжелых условиях Сталинградской (Волгоградской) области. С 1955 по 1958 годы в Каменной Степи под руководством Е.С. Павловского разработан диагонально-групповой способ создания полезащитных лесных полос [3]. Этот способ выгодно отличался от предыдущих, квадратно-гнездового и квадратно-диагонального, формой биогрупп. Ромбическая форма биогруппы позволяет более эффективно использовать механизацию при обработке почвы. Так или иначе, все виды биогрупп должны создавать условия для выживания одной какой-либо породы.Предполагалась внутривидовая взаимопомощь древесных растений биогруппы при выживании в условиях жёсткой конкуренции окружающей среды. Испытывались разные размеры и форма биогрупп: квадратные, ромбические, пунктирные с посадкой пучком сеянцев в одну лунку и в виде куртин значительных размеров.Целесообразность создания лесных культур биогруппами обосновывалась и с экономической точки зрения, а именно: максимальное снижение ручных уходов за почвой. За рубежом теория создания лесных культур биогруппами используется немецкими лесоводами, и также считается перспективной для выживания ценных древесных пород в условиях жесткой конкуренции окружающей среды [4, 5].Работа посвящена изучению динамики развития насаждения, состоящего из одного ряда гнёзд дуба черешчатого, и оценке состояния деревьев в самом гнезде, далее – в биогруппе.Цель исследований – выявить наличие элементов лесной среды в средневозрастной дубовой лесной полосе, ширина которой при закладке была 1 м, и показать динамику её развития.Материал и методика исследованийОбъект исследований – полезащитная лесная полоса №226 (51°02'54,5''N  40°43'14.9''E 51°02'37,5''N  40°43'04.8''E), заложенная гнездовым способом. Возраст насаждения 58 лет, размер площадок 1×1 м, расстояние между площадками 4 м. Посадочные места лунки, размещённые конвертом (одна в центре квадрата, а 4 по углам). В лунку высевали желуди дуба черешчатого летней формы от 3-х до 10 штук. В целом все пять лунок составляют одну биогруппу.Данные исследования связаны с агролесомелиоративными и лесохозяйственными исследованиями и базируются на основе лесоведения и лесоводства.Почвы – чернозём обыкновенный, рельеф равнинный, с незначительным уклоном южной экспозиции.При исследовании использовалась методика, применяемая в лесной таксации, модернизированная Е.С. Павловским и методика системных исследований лесоаграрных ландшафтов [6, 7]. При характеристике структурных элементов насаждения акцентировалось внимание на: материнском древостое, лесной опушке, подросте и самосеве. Учетные площадки состояли из 10 биогрупп в трехкратной повторности. Размер проекции крон каждого дерева и биогруппы в целом определяли мерной лентой по четырем румбам с точностью до 10 см. Диаметры стволов деревьев замерялись на высоте 1,3 м лесной мерной вилкой по односантиметровой ступени толщины с точностью до 10 см, а их высоты – высотомером Блюме-Лейсса с точностью 25 см.Под пологом материнского древостоя закладывались учетные площадки, где проводился учет подроста и самосева. Для подроста площадки закладывались по 20 м2 в трехкратной повторности. Самосев считали на площадках размером 1×1 м (1 м2) в пятикратной повторности в местах средней его густоты.Наблюдения за освещенностью проводились с применением люксметра «ТКА-ЛЮКС» (ТУ 4437-005-16796024-2006) с 900 до 1700 на высоте 20 см от поверхности почвы с точностью 0,01 клк. Результаты и обсужденияНаучный интерес представляет эволюция структуры лесной полосы, а точнее естественное формирование лесного биоценоза, возникающего на базе предельно узкой однопородной лесной полосы.На рисунке 1 показан объект наших исследований в 40-летнем возрасте. В результате исследований выявлено, что самая узкая лесная полоса шириной 1 м за 58 лет превратилась в лесонасаждение шириной 16 м. В ней идёт формирование лесной опушки, лесной подстилки, появляется подрост и подлесок, т. е. элементы лесной среды. Начнем с форпоста леса – лесной опушки: нарастание опушки неравномерное, также как и её породный состав. Преобладающей породой является боярышник обыкновенный и тёрн, но встречается груша, яблоня, алыча, ясень пушистый и клён остролистный, единично боярышник крупноплодный. Рисунок 1. Лесная полоса № 226, возраст 40 летFigure 1. Woodland belt № 226, 40 years oldИсточник: собственная фотография авторовSource: authors own photo Формирование лесной опушки идёт по-разному. В северной части лесной полосы появилась густая опушка из тёрна. В средней части восточная опушка прерывистая, с разным породным составом: боярышник обыкновенный, единично клён остролистный, ясень пушистый, редко встречается боярышник крупноплодный и груша. Западная опушка сплошная, породный состав такой же, как в восточной опушке. В южной части опушка начала формироваться около 10 лет назад. Насаждению в то время было 48 лет.В опушке преобладает боярышник обыкновенный, в меньшей степени клен остролистный и ясень пушистый, единично встречаются груша, яблоня и алыча (рис. 2).Лесная опушка формируется благодаря двум факторам: наличию источника осеменения и условий для произрастания семян и развития всходов. Какой же источник осеменения в монокультурах дуба? Рассмотрим окружающее пространство. К южному торцу лесной полосы примыкает приусадебная полоса № 172, где преобладают тополь и клён остролистный. Возраст полосы 63 года, в её опушках имеется боярышник, он также первым появился в опушечной зоне лесной полосы № 226, где высота боярышника обыкновенного от 1,5 м до 3,8 м, он жизнеспособный и плодоносит. Высота груш и яблонь от 0,7 - 2 м, алычи 2,7 - 3,5 м. Ясень пушистый и клён остролистный встречаются как на периферийной части опушки, так и в зоне между материнским древостоем и опушкой, что подтверждает перспективу формирования будущего многоярусного насаждения. Рисунок 2. Лесная полоса № 226, возраст 58 лет: кроны дуба сомкнулись с кронами деревьев и кустарников лесной опушки. Конструкция ажурнаяFigure 2. Woodland belt № 226, 58 years old: crowns of oak closed with crowns of treesand forest edge shrubs. Openwork construction Источник: собственная фотография авторовSource: authors own photo Северный торец л. п. № 226 примыкает к заповеданной более 100 лет назад некосимой залежи. В настоящее время бывшая залежь представляет собой смешанный древостой с лесными опушками из тёрна, боярышника, шиповника, клёна ясенелистного. Широкие терновые опушки этого лесного биоценоза способствовали появлению терновой опушки в северной части объекта исследований. Таким образом, источник осеменения для появления опушек выявлен, а условия для появления всходов создала ранее проводимая противопожарная опашка лесной полосы. Материнский древостой внешне выглядит хорошо, площадь проекции крон биогрупп от 77 до 214 м2, но при детальном изучении биогрупп выяснилось, что жизнеспособность дуба под угрозой. Необходимо отметить, что в лесной полосе рубки ухода не проводились, выживание деревьев в гнезде шло естественным путём, поэтому количество деревьев в гнёздах разное  –  от одного-двух до 12 стволов. Анализируя каждое дерево биогруппы можно увидеть, что кроны в основном катастрофически малы, однобокие, флагообразные. Размер крон среднего дерева не превышает 2 м2  при d1,3 = 20 см и только у некоторых лидеров крона достигает 120 м2, но и она неправильной формы. Основные параметры деревьев в биогруппе показаны в таблице 1. Около 70 % лидирующих в биогруппах деревьев имеют механические повреждения коры: притёртость и даже врастание одного ствола в другой (без срастания камбиального слоя) (рис. 3, 4). Развитие деревьев в биогруппе идёт сложным путём и, вероятно, зависит в большей степени от генетической особенности дерева. Косвенным путём это подтверждают данные таблицы 2. Например, диаметр лидеров в биогруппе, где на данный момент осталось 2 дерева, незначительно отличается от диаметра лидера из биогруппы с десятью стволами. Вопрос в сочетании факторов, влияющих на развитие остальных стволов. Эту версию подтверждает сравнение биогрупп из 7-ми  стволов и 3-х стволов. Диаметр лидера из биогруппы с тремя стволами всего на 1 см меньше, чем в биогруппе с семью стволами. Напомним, что вмешательства человека в развитие биогрупп не было. Лесная полоса выросла без рубок ухода. Анализ деревьев, отставших в росте от лидеров, показывает, что в перспективе возможно длительное существование биогрупп из двух и трёх стволов дуба, но не исключены и другие варианты (рис. 3). Таблица 1  Характеристика дуба в биогруппах 58 летнего возрастаTable 1 Characteristics of oak in biogroups of 58 years of ageКол-во деревьев в биогруппах/ Number of trees in biogroupsD средний, см/D middle cmD ср. лидера/D middle leadeРазмер крон биогруппы/ Biogroup crown sizeРазмер крон лидера/Leader crown sizeвдоль лесной полосы, м /along the forest line, mпоперёк лесной полосы, м /across the forest line, mвдоль лесной полосы, м /along the forest line, mпоперёк лесной полосы, м /across the forest line, m1234567524458,116,79,57,2527589,019,25,08,8522326,519,03,79,24234310,221,06,319,8418344,417,54,414,6418407,717,27,016,1241485,921,85,721,8227425,218,94,918,9234355,516,34,313,0Источник: собственные вычисления авторовSource: own calculations    Рисунок 3. Вид нижней части биогруппы из 8 деревьев дубаFigure 3. View of the lower part of the biogroup of 8 oak treesИсточник: собственная фотография авторовSource: authors own photoАнализируя состояние деревьев дуба в биогруппах можно прийти к выводу, что теория взаимопомощи, на которую опирались некоторые наши российские и зарубежные учёные и лесоводы при создании лесных культур биогруппами [1; 2; 5], действует до определённого этапа развития отдельно взятого растения, составляющего биогруппу. В данном опыте эта гипотеза подтверждается следующими факторами: стержневой корень желудей в первый же год посева достигает 70 см глубины, одновременно формируется корневая система в 20-30 см слое почвы. В надземной части крона всходов незначительных размеров; такое сочетание корневой системы и кроны позволяет расти большому количеству растений на ограниченной площади. Быстрое смыкание крон в биогруппе действительно защищают её от проникновения сорной растительности, но результат дальнейшего развития сеянцев противоречит «теории». При увеличении размеров деревьев начинается борьба за существование, в первую очередь за надземное пространство. Эта борьба сначала проявляется в кронах –  они формируются неправильной формы и недостаточных размеров, а в дальнейшем между стволами деревьев. Притирка стволов и скелетных ветвей приводит к повреждению коры, открывая доступ инфекциям различного рода. Состояние такой биогруппы показано на рисунке 4. Корневую конкуренцию мы не рассматриваем, т. к. в нашем опыте почвенное питание деревьев обеспечивается возможностью использовать территорию поля.Таким образом, подтверждается наша гипотеза, что взаимопомощь растений в биогруппе осуществляется очень короткий период, дальше начинается конкуренция.Для выживания биогруппы необходимо вмешательство человека. Густоту биогруппы необходимо регулировать, но когда начинать эту работу, на какой стадии развития деревьев, какой оптимальный размер и породный состав биогруппы должен быть – в агролесомелиоративной науке ответа пока нет. В лесах Интерес в этом плане представляют работы М.В. Рагозина, А.А. Вайса, Г.Г. Терехова и Jansons J.  [9; 10, 11, 12], но они проведены в хвойных лесах с целью повышения продуктивности леса и биогруппы там больших размеров. В полезащитном лесоразведении нужны биогруппы, занимающие маленькую площадь, так как функции лесных полос направлены на повышение продуктивности пашни и агролесоландшафта в целом, при этом биогруппы должны быть долговечными. Следовательно, каждое дерево биогруппы должно быть жизнеспособным. Рисунок 4.  Лесная полоса № 226. Притертость стволов дуба в биогруппе из 7 деревьевFigure 4. Woodland belt № 226. Lapping of oak trunks in a biogroup of 7 treesИсточник: собственная фотография авторовSource: authors own photo На состоянии деревьев в биогруппах мы заострили внимание, чтобы показать от какого «ядра» начинается лесообразовательный процесс. Явно многие деревья не доживут до 100-летнего возраста, от материнского древостоя останутся отдельные деревья, но вокруг них образуется новое насаждение, и его развитием необходимо управлять. Исходя из потребностей общества, можно повышать защитно-мелиоративные функции насаждения или же экологические; ограничивать разрастание в ширину или дать возможность естественному формированию небольшого лесного массива. Важным элементом лесной среды является лесная подстилка (лесной опад) – это опавшие листья, семена, плоды, кора и мелкие веточки. Мы разделяли лесной опад на рыхлый (листья) и твёрдый (ветки толщиной до 2-3 см, кора и желуди). В результате выяснилось, что в данной лесной полосе твёрдого лесного опада от 10 до 21 т/га насаждения, рыхлого – от 6,0 до 11 т/га, причём в центре полосы (под материнским древостоем) твёрдого опада в 2,6 раза больше, чем в опушечных зонах – восточной и западной вместе взятых, значит опад в основном накапливается за счёт веточек и коры усыхающих тонкомерных деревьев дуба в биогруппах.Для сравнения приводим данные по опаду лесных полос, отличающихся от лесной полосы № 66 шириной, способом посадки и возрастом (табл. 3). Анализ данных по опаду в № 226 и № 41 лесных полосах, у которых разница по ширине более 100 м, а по возрасту 62 года, показал, что количество рыхлого опада в центре насаждений фактически одинаково. Твёрдого опада больше в лесной полосе № 226. В лесной полосе № 41 на исследуемом участке господствовал ясень пушистый, который погиб несколько лет назад, а редко стоящие деревья дуба, в зоне влияния которых закладывались учётные площадки, твёрдого опада пока дают мало, в отличие от биогрупп дуба лесной полосы № 226. Следовательно, 120-летний дуб в лесной полосе № 41 более жизнеспособный, чем 58-летний в лесной полосе № 226.В лесной полосе № 66 при закладке преобладал ясень, но к 1962 году (насаждению было 67 лет) господствующее положение занял дуб. После пожара, в 1986 году началось усыхание ясеня. В настоящее время твёрдого опада на узкой части лесной полосы на 27 % больше, чем на широком участке. В то же время листового опада на 21,5 % больше в широкой части лесной полосы. Анализ данных таблицы 3 показывает, что в переводе на 1 га лесной полосы общий запас лесной подстилки в л. п. № 226 больше, чем в широкой 120 летней лесной полосе № 41. В л. п. № 39 такого же возраста, но ширина, которой меньше чем у лесной полосы № 41 более чем в 2 раза, общий запас лесной подстилки в 2,6 раза больше, чем в л. п. № 226. В л. п. № 66 на узкой части лесной полосы опада больше чем в л. п. № 226 в 2,8 раза, а в широкой части в 2,7 раза, следовательно, накопление лесного опада зависит не от ширины лесной полосы, а от породного состава и состояния насаждения.Распределение рыхлого опада явно зависит от ориентации лесной полосы в пространстве. Например, в лесных полосах меридионального направления больший запас рыхлого опада наблюдается в западной внутренней приопушечной зоне. Можно предположить, что на это влияют господствующие юго-восточные ветры. Что касается соотношения твёрдого и рыхлого опада, то оно полностью зависит от санитарного состояния насаждений. По исследованиям З.М. Кузьминой [8] запас лесной подстилки в 60-75–летних лесных полосах Каменной Степи составлял от 22 до 51 т/га при ежегодном опаде от 4,4-6,7 т/га. В л. п. № 226 эти показатели значительно меньше, а по весу преобладает твердый опад, что характеризует пониженную жизнеспособность материнского древостоя, а именно биогрупп дуба на данном этапе.В лесном биоценозе одним из показателей потенциала возобновляемости является самосев древесных пород. В лесной полосе 226 самосев дуба сосредоточен в опушечных зонах, в основном в бороздах напашей, его размещение неравномерное: от 1000 до 18000 шт./га. Самосев разновозрастный, имеются экземпляры, достигшие стадии подроста до 2-х м высоты с нормально развитой кроной. Необходимо отметить, что значительное количество четырех-пятилетнего самосева дуба наклонены в сторону поля под углом 50-60° . Причина тому низко опущенные кроны материнского древостоя и формирующаяся лесная опушка. По центру лесной полосы между гнёздами самосев дуба отсутствует, одной из причин этого является недостаток света (табл. 4, рис. 5).    Таблица 2 Состояние деревьев дуба в зависимости от количества деревьев в биогруппе, (л.п. № 226; 58 лет)Table 2The condition of oak trees depending on the number of trees in the biogroup, (clip no. 226; 58 years old)Кол-во стволов в биогруппе, (шт.)/ Number of trunks in the biogroup, (pcs.)Живые деревья/ living treesСухие деревья/ dry treesлидеры/ leadersотстающие в росте/ stuntedугнетённые/ the oppressedкол-во стволов (шт.)/ number of tree trunksdср (см)h ср (м)кол-во стволов (шт.)/ number of tree trunks% от общего количества of the total /dср (см)h ср (м)кол-во стволов (шт.)/ number of tree trunks% от общего кол./ of the totaldср (см)h ср (м)кол-во стволов (шт.)/ number of tree trunks% от общего количества/ of the totaldср (см)hср(м)214121,01503420,0--------314221,02672718,7--------413920,5----25020,517,512564,5514121,31202119,512012,012,0240106,0613820,53501917,0116,711,012,0116,6128,0714321,5342,82217,5114,311,0-228,643,8813720,0337,52418,0225,011,012,5225,034,0913119,8222,22117,5----666,786,81014021,0220,02417,8330,010,08,0440,0149,0Источник: собственные вычисления авторовSource: own calculations  Под кронами дуба освещённость колеблется от 1,2 до 2,8 % открытого пространства. Явно недостаточная освещенность и в опушках, поэтому там самосев обеспечивается боковым светом, что и влияет на наклон деревцев дуба.Таким образом, через компоненты леса проявляется процесс формирования лесной среды даже в тех лесонасаждениях, ширина которых при закладке занимала полоску пашни шириной всего 1 м и жизнеспособность материнского древостоя не на высоком уровне.Выводы и практическое применение На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:1. В условиях переходной зоны между лесостепью и степью (юго-восток ЦЧЗ) процесс лесообразования возможен даже на базе узкой полезащитной лесной полосы.2. Из компонентов леса первыми формируются лесная подстилка и лесная опушка. Накопление лесного опада в переводе на 1 га насаждения зависит не от ширины лесной полосы, а от породного состава и его состояния.3. При благоприятных условиях на 1 м2 площади посева или посадки биогруппа из 10-12 стволов может произрастать длительное время, в данном случае 58 лет, но состояние деревьев неудовлетворительное. Размер крон слишком мал для нормального жизнеобеспечения деревьев.   Таблица 3 Характеристика лесного опада лесных полос разной ширины, возраста и породного составаTable 3 Characteristics of forest litter of forest belts of different width, age and species composition№ л.п./№ f.s.Возраст, лет/ Age (years)Способ посадки, ширина при закладке/ Planting method, laying widthПородный состав/Breed compositionВес опада (т/га)/ Litter weight (t/ha)общий/ generalтвёрдая фракция/ solid fractionрыхлая фракция/ loose fractionвес/ weight% от общего/from the totalвес/ weight% от общего/ from the total22658Биогруппами, 1 м/ Biogroups, 1 m 10Д14,210,52743,682641120Рядовой, 106,7 м/ Private, 106.7 m8Я*2Д13,047,16555,834539120Рядовой, 42,7 м/ Private, 42,7 mI 10Д ед ЯII 5Я4Д1Ко+ВIII4Я3Ко3Кяс+В;Чер; ед Кт37,06,617,830,482,266116Рядовой, 6,4 м/ Private, 6,4 m7Д2Яо1Лп+Ко40,122,656,017,544,0Рядовой, 21,3 м/ Private, 21,3 m9Д1Лп ед.Яо38,316,042,022,358,0*ясень сухостойный во всех лесных полосах *dry ash in all forest beltsИсточник: собственные вычисления авторовSource: own calculations Таблица 4 Светообеспеченность под пологом насаждений в зависимости от структурной части лесной полосы №226Table 4Light supply under the canopy of plantations depending on the structural part of the woodland belt № 226Время наблюдений/ Observation timeМесто наблюдений / Observation siteОсвещенность, клк /illumination, klx% от открытого пространства/ from open spaceс 902- 908восточная опушка/ eastern edge1,662,4 % поле/ cornfield69,81  центр лесной полосы/ center of the forest belt1,432,1% поле/ cornfield69,48  западная опушка/ western edge0,50,7 % поле/ cornfield70,35 с 1430-1434восточная опушка/ eastern edge1,141,3 % центр лесной полосы1,11,2 % западная опушка/ western edge1,421,6 % поле/ cornfield87,9 с 1731-1736восточная опушка/ eastern edge10,0426,1 % поле/ cornfield38,49  центр лесной полосы1,12,8 % западная опушка/ western edge9,624 % поле/ cornfield39,38 1740под кроной дуба/ under the oak tree0,761,2%Источник: собственные вычисления авторовSource: own calculations 4. Концентрация большого количества деревьев на малой площади приводит к ранней конкуренции за надземное пространство, в результате чего повреждается кора на стволах и скелетных ветвях, что снижает жизнеспособность не только отстающих в росте деревьев, но и вышедших в лидеры.5. Состояние деревьев дуба в биогруппах, где длительное время (в данном случае 58 лет) не было вмешательства человека, доказывает, что без лесохозяйственных уходов вырастить продуктивное насаждение невозможно.Результаты исследования могут использоваться при проектировании рубок ухода в полезащитных лесных полосах, созданных гнездовым способом, а также для оптимизации агроландшафтов при внедрении в них компонентов леса. Для успешного применения способа создания насаждений биогруппами необходимы исследования по выявлению оптимальных размеров биогрупп, оптимальному количеству деревьев в биогруппе и возможности регулирования роста каждого дерева в биогруппе с целью повышения жизнеспособности как отдельного дерева, так и всего насаждения.   Рисунок 5. Освещенность (в клк) лесной полосы № 226 в утреннее, дневное и вечернее времяFigure 5. Illumination (in klux) of forest line object No. 226 in the morning, afternoon and eveningИсточник: собственные вычисления авторовSource: own calculations