Бондар І.П. Біотичний кругообіг мінеральних елементів та шляхи його регулювання в соснових деревостанах Центрального Полісся України

Короткий зміст

МА­ЛИЙ БІ­ОТИЧ­НИЙ КРУ­ГО­ОБІГ В СИС­ТЕ­МІ" ҐРУНТ-ДЕ­РЕ­ВОС­ТАН" – ОС­НО­ВА ПІД­ВИ­ЩЕН­НЯ ПРО­ДУК­ТИВ­НОС­ТІ І БІ­ОЛО­ГІЧ­НОЇ СТІЙКОС­ТІ ЛІ­СОС­ТА­НІВ

Про­ана­лі­зо­ва­но стан вив­чен­ня ма­ло­го бі­отич­но­го кру­го­обі­гу. Від­зна­че­но, що ма­лий бі­ок­ру­го­обіг є про­дук­том взаємо­дії та­ких ос­нов­них фак­то­рів ґрун­то­ут­во­рен­ня: ґрун­тот­вор­на по­ро­да, рос­лин­ність, клі­мат, рельєф та вік кра­їни (або вік ґрун­то­ут­во­рен­ня). То­му він роз­гля­дається, як ряд пос­лі­дов­них ета­пів ста­нов­лен­ня і роз­вит­ку жит­тя на Зем­лі. Твор­ча роль ма­ло­го бі­отич­но­го кру­го­обі­гу по­ля­гає в пос­тійно­му про­тис­то­ян­ні з ве­ли­ким (ге­оло­гіч­ним) кру­го­обі­гом, зав­дя­ки чо­му ство­рюється від­по­від­ний ба­ланс мі­не­раль­них еле­мен­тів в кон­крет­ній еко­сис­те­мі, який мо­же бу­ти, як по­зи­тив­ним (прог­ре­сив­на аку­му­ля­ція), так і не­га­тив­ним (прог­ре­сив­ний ви­нос). Прог­ре­сив­на аку­му­ля­ція при­во­дить до зрос­тан­ня по­туж­нос­ті аку­му­ля­тив­но­го го­ри­зон­ту ґрун­тів та під­ви­щен­ня по­тен­ційних за­па­сів по­жив­них еле­мен­тів, а прог­ре­сив­ний ви­нос збід­нює ґрун­ти на ос­нов­ні по­жив­ні ре­чо­ви­ни.

Заз­на­че­но, що ви­до­ві особ­ли­вос­ті рос­лин­нос­ті, виз­на­ча­ють якіс­ний склад фі­то­ма­си і бі­оло­гіч­ну нап­рав­ле­ність та ін­тен­сив­ність її роз­кла­ду. Про­це­сам ґрун­то­ут­во­рен­ня під впли­вом ви­щої рос­лин­нос­ті, ґрун­то­вої ме­зо- та мік­ро­фа­уни, мік­ро­ор­га­ніз­мів при­ді­ля­лась знач­на ува­га в ро­бо­тах В.В. До­ку­чаєва (1899, 1948), П.А. Кос­ти­че­ва (1937), С.П. Крав­ко­ва (1908). В.Р. Вілья­мс (1947) пер­шим дав виз­на­чен­ня су­ті ма­ло­го бі­отич­но­го кру­го­обі­гу, ство­рив­ши вчен­ня про ор­га­ніч­ну єдність рос­лин­них фор­ма­цій з ос­нов­ни­ми ти­па­ми ґрун­то­ут­во­рен­ня. Знач­ні дос­лі­джен­ня ма­ло­го бі­отич­но­го кру­го­обі­гу про­ве­де­ні та­кож Н.П. Ре­ме­зо­вим (1957), Н.П. Ре­ме­зо­вим з спів­ро­біт­ни­ка­ми (1955, 1959), Н.П. Ре­ме­зо­вим і П.С. Пог­реб­ня­ком (1965), С.В. Зон­ном (1954, 1956, 1963), В.В. По­но­марьо­вою, Т.А. Рож­но­вою Н.С. Сот­ни­ко­вою (1971), М.А. Ку­ла­гі­ною (1978), Л.І. Ка­зі­мі­ро­вим, Л.М. Мо­ро­зо­вим (1971), Л.А. Грі­ши­ною (1974), Л.А. Грі­ши­ною з спі­вав­то­ра­ми (1990), Л.Е. Ро­ді­ним. Н.І. Ба­зи­ле­ви­чем (1964, 1965), І.І. Смолья­ні­но­вим (1965, 1969, 1970), І.І. Смолья­ні­но­вим з спів­ро­біт­ни­ка­ми (1967, 1969, 1978) та ін­ши­ми.

За­га­лом, нез­ва­жа­ючи на знач­ну кіль­кість на­уко­вих роз­ро­бок і пуб­лі­ка­цій, пот­ре­ба у вив­чен­ні особ­ли­вос­тей кру­го­обі­гу мі­не­раль­них еле­мен­тів у сос­но­вих де­ре­вос­та­нах пов'яза­на, в пер­шу чер­гу, з на­яв­ніс­тю і кру­го­обі­гом в лі­со­вих ґрун­тах Цен­траль­но­го По­ліс­ся Ук­ра­їни ра­ні­ше від­сут­ніх ра­діоак­тив­них еле­мен­тів, зок­ре­ма¹³⁷Cs і ⁹⁰Sr. Яв­ля­ючись хі­міч­ни­ми ана­ло­га­ми ка­лію і каль­цію, во­ни іс­тот­но впли­ва­ють на хід бі­отич­но­го кру­го­обі­гу, еко­ло­гіч­ний стан лі­со­вих ґрун­тів. їх ро­дю­чість та тем­пи рос­ту сос­но­вих де­ре­вос­та­нів. То­му піз­нан­ня цих про­це­сів є ак­ту­аль­ним і не­об­хід­ним.

ПРИРОДНІ УМОВИ УКРАЇНСЬКОГО ПОЛІССЯ

В роз­ді­лі да­на ха­рак­те­рис­ти­ка клі­ма­тич­них, лі­со­рос­лин­них та ґрун­то­вих умов Ук­ра­їнсь­ко­го По­ліс­ся. Їх ана­ліз вка­зує на мож­ли­вість від­тво­рен­ня сос­но­вих лі­сів в Ук­ра­їнсь­ко­му По­ліс­сі при­род­ним і штуч­ним шля­хом та ви­ро­щу­ван­ня ви­со­коп­ро­дук­тив­них чис­тих і мі­ша­них де­ре­вос­та­нів.

Програма, ОБ'ЄКТИ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Дос­лі­джен­ня про­во­ди­ли у чис­тих та мі­ша­них сос­но­вих лі­сос­та­нах Цен­траль­но­го По­ліс­ся в різ­них ти­пах лі­со­рос­лин­них умов (від А₂ до D₂). У скла­ді мі­ша­них сос­но­вих де­ре­вос­та­нів при­сут­ні, крім сос­ни зви­чайної, дуб зви­чайний, дуб чер­во­ний, клен гос­тро­лис­тий, ли­па сер­це­лис­та, в'яз зви­чай­ний, бе­ре­за по­вис­ла та ін­ші де­рев­ні по­ро­ди. Крім цього вив­ча­ли де­ре­вос­та­ни лис­тя­них по­рід: ду­ба зви­чайно­го, гра­ба зви­чайно­го, бе­ре­зи по­вис­лої.

Для про­ве­ден­ня дос­лі­джень бу­ло зак­ла­де­но 20 пос­тійних проб­них площ. Крім цього 30 проб­них площ бу­ло зак­ла­де­но з ме­тою вив­чен­ня шля­хів ін­тен­си­фі­ка­ції ма­ло­го бі­отич­но­го кру­го­обі­гу в сос­но­вих де­ре­вос­та­нах (вап­ну­ван­ня кис­лих лі­со­вих ґрун­тів та вне­сен­ня мі­не­раль­них доб­рив). Вплив ру­бок дог­ля­ду на ін­тен­сив­ність ма­ло­го бі­отич­но­го кру­го­обі­гу вив­че­но на пос­тійній проб­ній пло­щі ка­фед­ри за­галь­но­го лі­сів­ниц­тва НАУ.

Зак­ла­дан­ня проб­них площ про­во­ди­ли за за­галь­ноп­рийня­ти­ми в лі­сів­ниц­тві та так­са­ції ме­то­ди­ка­ми (Ану­чин, 1982) та від­по­від­но з ви­мо­га­ми ОСТ-56-69-83. Бо­ні­ту­ван­ня де­ре­вос­та­нів здійсню­ва­лось за нор­ма­тив­но-до­від­ко­ви­ми ма­те­рі­ала­ми для так­са­ції лі­сів Ук­ра­їни і Мол­да­вії (). Ти­пи лі­со­рос­лин­них умов і ти­пи лі­су виз­на­ча­ли від­по­від­но до ме­то­дич­них ре­ко­мен­да­цій П.С. Пог­реб­ня­ка (1955), Д.В. Во­робйова (1955) та ос­тан­ніх дос­лі­джень ти­по­ло­гіч­ної струк­ту­ри лі­сів рів­нин­ної те­ри­то­рії Ук­ра­їни (Ос­та­пен­ко, Фе­дець, Пас­тер­нак, 1998; Ос­та­пен­ко, 2000, Шви­ден­ко, 2000).

Для об­лі­ку за­па­сів під­стил­ки та річ­но­го опа­ду на проб­них пло­щах зак­ла­да­ли по 10 пло­щадок пло­щею 0,5 м² кож­на. Зіб­ра­ні під­стил­ку та опад ви­су­шу­ва­ли до по­віт­ря­но-су­хо­го ста­ну, роз­би­ра­ли на від­по­від­ні фрак­ції згід­но з ме­то­дич­ни­ми вка­зів­ка­ми (Ро­дин, Ре­ме­зов, Ба­зи­ле­вич, 1967). У ві­діб­ра­них фрак­ці­ях виз­на­ча­ли вміст зо­ли і мі­не­раль­них до­мі­шок піс­ля су­хо­го озо­лен­ня. За се­ред­ні­ми по­каз­ни­ка­ми ма­си під­стил­ки і опа­ду (з вик­лю­чен­ням від­по­від­ної кіль­кос­ті мі­не­раль­них до­мі­шок) ви­ра­хо­ву­ва­ли опа­до-під­стил­ко­ве від­но­шен­ня (ко­ефі­цієнт Ебер­майера). За от­ри­ма­ни­ми да­ни­ми, ви­ко­рис­то­ву­ючи 10-ти баль­ну шка­лу чис­ло­вих по­каз­ни­ків ма­ло­го бі­отич­но­го кру­го­обі­гу Н.І. Ба­зи­ле­ви­ча, Л.Є. Ро­ді­на (1964), вста­нов­лю­ва­ли тип та бал ін­тен­сив­нос­ті кру­го­обі­гу за ма­сою ор­га­ніч­ної ре­чо­ви­ни. Вміст вуг­ле­цю в опа­ді та під­стил­ці виз­на­ча­ли де­що де­та­лі­зо­ва­ним на­ми (Бон­дарь, 1973) ме­то­дом ні­мець­ких дос­лід­ни­ків (Manfred Drews, 1968). За от­ри­ма­ни­ми кіль­кіс­ни­ми по­каз­ни­ка­ми в різ­них за скла­дом де­ре­вос­та­нах ви­яв­ля­ли за­пас де­по­но­ва­но­го вуг­ле­цю в опа­ді та під­стил­ці.

Вміст азо­ту, фос­фо­ру, ка­лію, каль­цію, маг­нію виз­на­ча­ли ме­то­дом К.Є. Гін­збур­га, К.М. Щег­ло­вої (1960). В по­даль­шо­му за опа­до-під­стил­ко­вим від­но­шен­ням вста­нов­лю­ва­ли ін­тен­сив­ність обі­гу цих еле­мен­тів у різ­них за скла­дом сос­но­вих де­ре­вос­та­нах за шка­лою Н.І. Ба­зи­ле­ви­ча, Л.Є. Ро­ді­на (1964).

Для вив­чен­ня пи­то­мої ак­тив­нос­ті та щіль­нос­ті заб­руд­нен­ня ґрун­то­вих проб і де­ре­ви­ни ¹³⁷Cs ви­ко­рис­то­ву­ва­ли ра­ді­ометр РУБ-01-П6.

Мор­фо­ло­гіч­ний опис ґрун­тів здійсню­ва­ли за сис­те­мою сим­во­лів О.Н. Со­ко­ловсь­ко­го (1935). Фі­зич­ні, фі­зи­ко-хі­міч­ні особ­ли­вос­ті та за­без­пе­че­ність дер­но­во-під­зо­лис­тих ґрун­тів ру­хо­ми­ми спо­лу­ка­ми азо­ту, фос­фо­ру, ка­лію в різ­них ти­пах лі­су виз­на­ча­ли за за­галь­ноп­рийня­ти­ми в ґрун­тоз­нав­стві ме­то­да­ми (Алек­сан­дро­ва, Найде­но­ва, 1967, Ари­нуш­ки­на, 1970). Гру­по­во-фрак­­ційний склад гу­му­су в 0-5 см ша­рі гу­му­со­во-елю­ві­аль­но­го го­ри­зон­ту вив­ча­ли за схе­мою І.В. Тю­рі­на в мо­ди­фі­ка­ції В.В. По­но­марьо­вої (1957), В.В. По­но­марьо­вої, Т.А. Плот­ни­ко­вої (1975) та ме­то­дич­ни­ми вка­зів­ка­ми Д.С. Ор­ло­ва, Л.А. Грі­ши­ної, Н.Л. Єро­ши­че­вої (1969). Бу­фер­ну спро­мож­ність ґрун­ту виз­на­ча­ли за ме­то­дом Йен­се­на (Воз­буць­ка, 1968).

Для ви­яв­лен­ня впли­ву лі­со­гос­по­дарсь­ких (склад по­рід, руб­ки дог­ля­ду) та ін­ших спо­со­бів ак­ти­ві­за­ції ма­ло­го бі­отич­но­го кру­го­обі­гу (вап­ну­ван­ня та вне­сен­ня мі­не­раль­них доб­рив) виз­на­ча­ли фі­то­ма­су та дов­жи­ну од­но – та дво­річ­ної хвої у від­по­від­них пов­тор­нос­тях.

Виз­на­чен­ня кіль­кос­ті фо­то­син­те­зу­ючих піг­мен­тів у хвої про­во­ди­ли за за­галь­ноп­рийня­ти­ми ме­то­да­ми (Гав­ри­лен­ко, Ла­ди­ги­на, Хан­до­би­на, 1975). При виз­на­чен­ні теп­ло­ти зго­ран­ня ор­га­ніч­ної ре­чо­ви­ни хвої ви­ко­рис­то­ву­ва­ли хро­ма­то­мет­рич­ний ме­тод Х.Н. По­чин­ка (1976), а амі­но­кис­лот­ний склад хвої виз­на­ча­ли на ав­то­ма­тич­но­му ана­лі­за­то­рі амі­но­кис­лот. Ста­тис­тич­ну об­роб­ку от­ри­ма­но­го ек­спе­ри­мен­таль­но­го ма­те­рі­алу про­во­ди­ли за Г.Ф. Ла­кі­ним (1980), Б.А. Дос­пе­хо­вим (1985), А.В. По­ля­ко­вим, Я.А. Юдиц­ким (1987), М.П. Го­рош­­ком, С.І. Мик­лу­шем, П.Г. Хо­мю­ком (2000) на ос­но­ві су­час­них комп'ютер­них прог­рам.

ОСОБЛИВОСТІ БІОКРУГООБІГУ МІНЕРАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У СОСНОВИХ ДЕРЕВОСТАНАХ БОРІВ, СУБОРІВ ТА СУДІБРОВ

Вплив кіль­кіс­них та якіс­них по­каз­ни­ків опа­ду на бі­ок­ру­го­обіг мі­не­раль­них еле­мен­тів. Ін­тен­сив­ність впли­ву де­рев­ної рос­лин­нос­ті на бі­ок­ру­го­обіг мі­не­раль­них еле­мен­тів і ро­дю­чість лі­со­вих ґрун­тів виз­на­чається ря­дом чин­ни­ків: кіль­кіс­тю що­річ­но син­те­зо­ва­ної ор­га­ніч­ної ре­чо­ви­ни, її якіс­ним скла­дом та кіль­кіс­тю золь­них еле­мен­тів і азо­ту, над­хо­джен­ням на по­вер­хню ґрун­ту мер­твої ор­га­ніч­ної ре­чо­ви­ни (опад), ін­тен­сив­ніс­тю мі­не­ра­лі­за­ції мер­твої ор­га­ніч­ної ре­чо­ви­ни і скла­дом про­дук­тів мі­не­ра­лі­за­ції. Ви­яс­не­но, що фі­то­ма­са що­річ­но­го опа­ду є нес­та­біль­ною ве­ли­чи­ною і мо­же знач­но ко­ли­ва­тись за ро­ка­ми. За на­ши­ми спос­те­ре­жен­ня­ми (Бон­дар, 2000) річ­на фі­то­ма­са опа­ду в чис­тих сос­но­вих на­са­джен­нях сві­жо­го бо­ру Цен­траль­но­го По­ліс­ся Ук­ра­їни ко­ли­вається в ме­жах 3,0-8,8 т·га^-1, а сві­жо­го су­бо­ру – 3,5-5,5 т·га ^-1. У ко­рін­них сос­но­вих де­ре­вос­та­нах сві­жих су­бо­рів з до­міш­кою лис­тя­них по­рід та з гус­тим під­ліс­ком із лі­щи­ни за трьо­х­річ­ни­ми спос­те­ре­жен­ня­ми ве­ли­чи­на опа­ду скла­да­ла 6,4-6,8 т·га^-1. В сос­но­во – бе­ре­зо­во­му на­са­джен­ні скла­дом 9Б1Сз ця ве­ли­чи­на скла­да­ла 4,0 т·га^-1. В сос­но­во-ду­бо­во­му лі­сос­та­ні (8Сз1Дз1Вз) сві­жо­го сугру­ду (С₂) фі­то­ма­са опа­ду скла­да­ла близь­ко 5,2 т·га^-1, а в сос­ня­ку з ли­пою сер­це­лис­тою скла­дом 5Сз 5Лп – 3,5 т·га^-1. У на­са­джен­ні ду­ба зви­чайно­го що­річ­на фі­то­ма­са опа­ду ста­но­вить 6,1 т·га^-1, а ду­ба чер­во­но­го – 5,9 т·га^-1. Ра­зом з опа­дом на по­вер­хню ґрун­ту в ре­зуль­та­ті ма­ло­го бі­отич­но­го кру­го­обі­гу, за­леж­но від бі­оло­гіч­них особ­ли­вос­тей де­рев­них по­рід та їх ві­ку, по­вер­тається від­по­від­на кіль­кість золь­них еле­мен­тів і азо­ту. Ви­яв­ле­но за­ко­но­мір­нос­ті що­до кіль­кос­ті мі­не­раль­них еле­мен­тів, по­вер­ну­тих з опа­дом у різ­них ти­пах лі­су. З на­рос­тан­ням троф­нос­ті міс­цез­рос­тан­ня (від А₂ до D₂) збіль­шується кіль­кість золь­них еле­мен­тів, що пос­ту­пає з опа­дом і ха­рак­те­ри­зує од­ну із ла­нок ма­ло­го бі­отич­но­го кру­го­обі­гу. Як­що в сос­но­во­му на­са­джен­ні сві­жо­го бо­ру золь­ність опа­ду ста­но­вить близь­ко 1,1 %, а в чис­тих сос­но­вих на­са­джен­нях су­бо­рів близь­ко 1,4 %, то в лис­тя­но­му лі­сі з ду­бом зви­чайним, ду­бом чер­во­ним, гра­бом зви­чайним ця ве­ли­чи­на до­ся­гає 5,1 %. Вста­нов­ле­но, що в чис­тих сос­но­вих на­са­джен­нях су­бо­рів (пр. пл. 4,6) су­ма кіль­кос­ті N, Р, К, Са, Мg, по­вер­ну­тої з опа­дом, зна­хо­дить­ся в ме­жах 64-83 кг·га^-1, то­ді як в мі­ша­них ко­рін­них на­са­джен­нях (пр. пл. 11, 12), від­по­від­но, 135-163 кг·га^-1 (рис. 1). У мі­ша­них сос­но­вих на­са­джен­нях з кле­ном гос­тро­лис­тим (пр. пл. 14) та ду­бом зви­чайним і в'язом зви­чайним (пр. пл. 15) з опа­дом по­вер­тається, від­по­від­но, 146 і 124 кг·га^-1 азо­ту, фос­фо­ру, ка­лію, каль­цію і маг­нію.