Введение к работе
Введение
Актуальность проблемы. Феномен биологического круговорота веществ в природных экосистемах обусловлен взаимодействием двух фундаментальных процессов: синтеза биомассы и деструкции органических веществ. Мёртвое органическое вещество (мортмасса) и функциональный блок детритной трансформации занимают место, равнозначное биомассе и блокам автотрофов или консументов (EUenberg, 1973; Крауклис, 1979). Особого внимания заслуживает подстилка горных экосистем. Карпаты издревле несут следы человеческой деятельности и наиболее ёмкими носителями информации о последствиях такой деятельности являются растительный покров (Голубец, 1978; Малиновский, 1980; Стойко, 1980; Милкіша, 1984) и почвы (Руднева, 1960; Пастернак, 1967; Андрущенко, 1970; Канивец, 1980; 1991).
С одной стороны существует острая потребность в познании внутренних механизмов деструкционного блока. С другой — не затронутой остаётся детрнтная функция вне пределов биогеоценоза, в составе биогеоценотического покрова территориальных комплексов, куда входят разные классы растительных подстилок, образуя своеобразный биохимический компонент ландшафта или некоей другой биогеосистемы.
В прикладном аспекте трансформация фитодетрита занимает чуть ли не важнейшее место в поиске защиты почвенной поверхности и обеспечении стабильности гумусообразования в условиях антропопрессии (Зонн, Травлеев, 1989). Украинские Карпаты и их предгорья считаются одним из наиболее эродированных районов Украины. В то же время существуют функциональные обоснования лесохозяйственной или экологической
4 оценки земель (Чертов, 1981; Сапожников, 1989) по наличным в экосистемах типам подстилок, их генезису и функциональному состоянию (Богатырёв, 1990).
Цель работы: выявить закономерности трансформации фитодет-рита в структурно-функциональной и эколого-типологической подчинённости экосистем (на примере экосистем Украинских Карпат и прилегающих территорий).
Задачи исследований:
-
Дополнить и адаптировать существующие, сформулировать новые теоретические и эмпирические положения относительно детритного блока в экосистемах разных рангов, его внутренней функциональной и пространственной организации.
-
Разработать методические подходы системной интеграции параметров субстрата, сапротрофной биоты и детритной среды в целях индексации, нормативной инвентаризации и диагностики подстилок.
-
Исследовать типовые режимы трансформации опада и слоев разложения подстилок в коренных и производных экосистемах.
-
Определить ведущие факторы в органохимической динамике фитодетрита.
5. Установить детритные каналы дыхательно-диффузного
распределения и эмиссии свободной энергии, ассимилированной в
экосистеме.
-
Выявить исходные и завершающие этапы гидрохимических взаимодействий в фитодетрите сообществ и биогеоценотического покрова.
-
Разработать и использовать региональную классификацию подстилок экосистем Карпатского региона Украины.
-
Определить сущность научного направления экологической сапродинамики, как подразделения биогеоценологии, дополняющее
имеющиеся направления экологической динамики продуцентов и консументов.
9. Выявить прикладные аспекты введения функциональных
параметров фитодетрита в почвозащитные, лесохозяйственные и природоохранные мероприятия.
Научная новизна. Впервые трансформация флтомассы рассматривается в системном аспекте как структурно организованный процесс с внутренними и внешними связями. Разработаны ноеьш методические подходы изучения трансформації!: фитодетрита на основании дифференциации экзо- и эндодинамических процессов, количественной оценки смен на уровнях субстратно-вещественном, сапробиотическом и среды.
Введён комплекс специализированных понятий для структурно-функциональных подразделений фитодетрита. Одной системой понятий и определений охвачены деструкционные блоки от элементарной сапроценакулы до фитодетрита высших экосистемных таксонов, включая биогеоценотический покров ландшафтов, бассейновых водосборов и т.д.
Разработана концепция трофических пространств как элементов функциональной структуры подстилки, составлены динамические модели деструкциошюго хода мортмассы опада и слоев минерализации в пространстве и времени.
Раскрыто наличие определяющих каналов трансформации и их дифференциации на экзо- и эндодинамические потоки.
Доказан индикационный характер трофикосубстратных связей грибных компонентов с группами неспецифических органических соединений опада и мортмассы подстилки. Определены прогностические возможности интегральной оценки подвижных органических веществ и микроорганизмов в едином комплексе лабильного органического вещества детрита.
Выявлены первичные и вторичные пространственно-функциональные структуры сапрофитов на примере ассоциативных групп гифомицетов в подстилках антропогенных дигрессионных рядов экосистем.
Впервые исследованы сапродинамические смены реакционной способности подстилок в связи с биотическими и абиотическими факторами фитодетрита.
Доказана необходимость стохастической оценки детритных процессов в условиях биогеоценотической анизотропности и использования последней для оценки антропопрессии.
Раскрыта определяющая роль экохимического разнообразия фитодетрита в сохранении биоразнообразия сапрофитной биоты экосистем.
Раскрыты функции детритного блока как биогеохимического барьера в биогеосистемах и ландшафтных элементах бассейнового водосбора в горных условиях.
Доказано функциональное соединение тренда органохимических групп и качественных характеристик условий первичного гумусообразования.
Раскрыты направления эволюционных изменений фитодетрита в условиях высотной поясности горных и зонального распределения предгорных биогеосистем.
Разработаны принципы классификации и классификационная номенклатура подстилок.
Теоретическое и практическое значение. В работе развито отдельное направление экосистемных исследований — экологическая сапродинамика, объектом которой являются процессы детритнои трансформации растительных остатков в экосистемах разных рангов, входящих в состав биогеоценозов и превышающих размеры биогеоценоза.
7 Проведена значительная доработка теоретических основ
морфоструктурного и функционального анализа подстилок.
Создана теоретическая основа для инвентаризации ресурсов органического углерода, задействованного в транзитном блоке деструкции.
Определены возможности оценки функционального состояния экосистем и их оперативной реакции на внешние природные и антропогенные возмущения, освещены природоохранные, в частности педосозологические, зоосозологические и мониторинговые аспекты использования фитодетрита в экосистемах Карпат и прилегающих к ним территорий.
Декларация личного участия автора. Работа выполнялась в
рамках плановых тем отдела экосистемологии Института экологии
Карпат НАН Украины (№№ госрегистрации 78011633 06. MAP
(1978-1982 гг.) и 01.83.0010453 (1983-1987 гг.)), где автор, как
ответственный исполнитель, лично участвовал в сборе, обработке и
анализе экспериментального материала, теоретической
интерпретации и подготовке научных публикаций.
С 1987 по 1995 год работа продолжалась в границах плановых тем отдела научных фондов и экспозиции Государственного природоведческого музея НАН Украины (№№ госрегистрации 01860017100 (1986-1990 гг.) и 01910011522 (1991-1995 гг.)), в которых автор, как научный руководитель тем, соответственно разрабатывал направления и лично выполнял работы по педобиологии и экологии почв на Предкарпатье, западном Волыно-Подолье и в Карпатах. В диссертацию включены работы, опубликованные в соавторстве, доля личного участия в подготовке совместных публикаций составляет 80-90%.
Апробация работы. Материалы работы докладывались: на 3-х республиканских и 2-х Всесоюзных совещаниях по биогеоценологии
8
(Львов, 1975, 1984; Днепропетровск, 1978 а, б; Москва, 1986), II,
III, IY Школах по проблемам и методам биотической деструкции
органических веществ почвы (Паланга, 1980; Львов, 1982; Шяуляй,
1989), 9-ом Международном коллоквиуме по почвенной зоологии
(Москва, 1985), Всесоюзном совещании "Стабильность и
энергетическая эффективность высокопродуктивных лесных
биогеоценозов" (Тарту, 1985), IX и X Всесоюзных совещаниях по
проблемам почвенной зоологии (Тбилиси, 1987; Новосибирск, 1991),
Всесоюзном совещании "Диагностика деградации и воспроизводства
лесных почв" (Тарту, 1987), Всесоюзном совещании по
экоинформатике и экологическим базам данных (Москва, 1987), VII
Чтениях памяти акад. В.Н. Сукачёва (Москва, 1989), XII
Объединённом Пленуме национальных комитетов по программе
ЮНЕСКО "Человек и биосфера" (Фрунзе, 1990), Общем собрании
Отделения общей биологии НАН Украины (Киев, 1991),
Межреспубликанской школе "Применение персональных
компьютеров в биологии" (Львов, 1991), Международном конгрессе Ассоциации ботанических садов Средиземноморья EURO-MED (Тбилиси, 1991), III Межреспубликанской школе по изучению коллембол (Львов, 1992), Секции экологического мониторинга Международной конференции к 50-летию Института ботаники Польской АН (Краков, 1993), Международных научно-практических конференциях по вопросам заповедного дела (Яремча, 1990; Рахов, 1993; Польские Бещады, 1994), заседаниях Львовского отделения УБТ (1987; 1994), 50-ом съезде Польского ботанического общества (Краков, 1995), Международном симпозиуме IUFRO (Львов, 1995).
Положения, выдвигаемые на защиту:
1. Системное единство принципов структурно-функциональной организации детрита в природных экосистемах разных рангов.
2. Диахроническая и органохимическая сопряжённость
качественных и структурных преобразований фитодетрита.
3. -Пространственно-функциональные особенности первичных
(коренных) и вторичных (производных) деструкцнонных комплексов
подстилок в природных экосистемах Украинских Карпат.
4. Типологическая обусловленность главных направлений
трансформации органических компонентов, эколого-фитоценотические
и субстратно-функциональные основания классификации подстилок в
природных экосистемах Украинских Карпат.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 104 работы, в том числе 2 раздела коллективной монографии "Биогеоценотический покров Бескид и его динамические тенденции" (Киев: Наукова думка, 1983) и 3 раздела коллективной монографии "Экология и фауна почвенных беспозвоночных западного Волыно-Подолья" (Киев: Наукова думка, 1995).
Объём и структура работы. Диссертация изложена на 491 страницах машинописи, состоит из введения, 7 глав, выводов и списка использованной литературы из 460 наименований (94 иностранными языками). Работа иллюстрирована 54 рисунками и 90 таблицами. Также есть два приложения.