РАЗДЕЛ 5. МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Лекция 5. ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА ПИТАТЕЛЬНЫХ
ВЕЩЕСТВ В ЛЕСУ
Суть биологического
круговорота питательных веществ в лесных насаждениях, звенья біокругообігу и его
показатели, по которым определяется тип біокругообігу подробно рассмотрены в
разделе 2. В данной лекции обращается внимание на отдельные вопросы біокругообігу,
которые могут исследоваться студентами при подготовке магистерской выпускной
работы.
Чем лучше растение
питается, тем, при равных прочих условиях существования, она лучше растет, а
насаждения может быть более продуктивным. Выполнено много исследований, которые дали
возможность установить требовательность отдельных древесных пород к тому или иному
элемента питания,
но есть много
особенностей данного процесса, которые пока не дают возможность оценивать его
комплексно с необходимой точностью. Как справедливо отмечают И. И. Смольянинов и
А. А. Климова (1978), чем питается лес мы, практически, знаем, а как он питается
— пока что известно мало. Причиной этого является невероятно сложные взаимоотношения леса с
средой. В общих чертах известно, что взрослые лесные насаждения питаются и
живут по законам биологического круговорота питательных веществ.
Отошли в историю
слишком примитивные представления о питании растений философов древних Греции и
Рима, ученых эпохи средневековья, теория гумусового питания Альбрехта-Герра,
другие теории, которые были отброшены в результате углубленных исследований живой
природы. Впервые более-менее четкое представление о питании высших растений обосновал
Ю. Либих в 1840 г., хоть и недооценил роль азота. Постепенно ученые подошли к
понимание существования в природе круговорота веществ. Особое внимание обращалось и
на процессы, происходящие на границе растений и почвы, то есть, на грани живого и
неживого.
Основные положения
круговорота веществ в природе сформулировал выдающийся почвовед В. Г. Уильямс.
Он выделил два типа біокругообігу: большой, или геологический, что происходит
путем перемещения веществ между Сушей и Океаном, и малый, или биологический — между
растением (растительностью) и грунтом. Именно биологический круговорот веществ в лесу
можно считать интегральным показателем, который характеризует состояние и производительность
лесного насаждения.
Уже с начала XIX века.
велись поиски методов изучения биологического круговорота веществ в лесу. Это
отражалось в учебниках по лесоводству (Зябловський, Котта, Длатовський).
Первая попытка количественной характеристики биологического круговорота веществ в лесу
принадлежит немецкому ученому Ебермайєру. Им в 1876 г. был предложен
показатель, который позже стали называть опадо-підстилковим соотношением или
опадопідстилковим коэффициентом. Это отношение массы органических остатков лесной
подстилки к массе ежегодного опада. Этим коэффициентом можно примерно отобразить
скорость распада органических веществ на поверхности почвы в лесу. Позже на
основе предложенного Ебермайєром принципа были разработаны аналогичные
коэффициенты Костичевим (1886), Денглером (1935).
Наиболее широкие
исследования біокругообігу имели место в послевоенные годы и проводились учеными
под руководством проф. Н. П. Ремезова. Именно он научил лесоводов нашей страны
устанавливать потребления насаждением питательных веществ в процессе біокругообігу
путем балансовых расчетов. То есть явление біокругообігу узнается, характеризуется
на основе «потери — прибытие» химического элемента из одного компонента
леса к другому и распределения (перераспределения) этого же элемента между данными
компонентами.
Но большинство исследователей
понимают біокругообіг химических элементов в лесу как процесс, считая, что его
изучение только начинается. Как и во многих других исследованиях, в
научной литературе появились такие выражения как «біокругообіг энергии»,
«біокругообіг лесной подстилки» и т.п. К сожалению, такие понятия имеют
место в трудах известных ученых. Поэтому были сформулированы три запрета на основе
данных выдающихся исследователей, наиболее четко сформулировали свои мысли относительно
биологического круговорота.
1.
Запрет Радищева — Ваксмана — Уткина состоит в том, что в
биологическом круговороте веществ между растением и почвой в лесу могут
образовываться не любые вещества, а только химические элементы в устойчивой ионной
форме.
2.
Запрет Одума-Ковди. Нельзя говорить о біокругообіг
энергии между растением и почвой в лесу, поскольку биоэнергетические процессы в
лесном насаждении необратимые.
3.
Запрет Диліса — Петрушенко. Нельзя говорить о биологическом
круговорот веществ в отношении открытых, динамических природных систем, которые
лишены замкнутого цикла процессов.
Из приведенных запретов
целесообразно еще раз подчеркнуть второй: біокругообігу энергии в лесу нет. Существует
поступление энергии от Солнца, которое частично связывается при фотосинтезе и
задерживается в гумусе и микробной плазме.
И. И. Смольянинов и
А. А. Климова объясняют нетождественность выражений «вещество» и
«ион» и привычку людей высказываться «биологический круговорот
веществ», имея в виду, что вещество — это не ион, но такое выражение
прижился и его можно употреблять.
Биологический круговорот
веществ в лесу. И. Смольянинов (1969) разделяет на ниспадающую и восходящую ветви,
а также на ряд звеньев: опад и смыл с крон, деструкции, ферментативного
разложения органических остатков, мезомерії, гумификации и следующей
минерализации, обменного поглощения элемента почвой, переносов в ризосфере,
потребления. Чаще всего исследования біокругообігу проводят в звеньях, что
связанные с опадом и деструкцией органических остатков, процессов в ризосфере, и в
звене потребления. Количественная характеристика процессов в данных звеньях біокругообігу
может дать общую картину потенциальных возможностей лесорастительных условий для
обеспечение успешного роста и высокой продуктивности лесных насаждений.