Важнейшим природным процессом, поддерживающим плодородие лесных почв, является биологический круговорот химических элементов.
Леса ежегодно извлекают из почв химические элементы, преобразуя их путем фотосинтеза в органическое вещество, и возвращают в почву через корни в форме продуктов метаболизма и с растительным опадом, образующим подстилку.
Поступление азота и зольных элементов с опадом в лесах разного породного состава (по Н.П. Ремезову и П.С. Погребняк, 1965)
Освобождающиеся в процессе минерализации органического опада элементы питания частично вновь поглощаются корневой системой растений, частично захватываются почвенно-поглощающим комплексом, частично выносятся за пределы почвенного профиля.
Количество химических элементов, которые возвращаются в почву с опадом, в процентах от потребления зависит во всех типах леса от возраста древостоя.
Поступление в почву азота и зольных элементов с опадом и сухостоем в древостоях разного возраста (по Н.П. Ремезову и П.С. Погребняк, 1965)
Если выразить количество элементов, возвращаемых почве с опадом и сухостоем, в процентах от потребления этих же элементов в том же возрасте, выявляется следующая закономерность. В начальный период развития большинства исследованных типов леса, т. е. в первые 30—40 лет, возврат составляет около 40—60 % от потребления соответствующих элементов. Остальная часть удерживается в составе древостоя. Во второй период, в приспевающих и спелых насаждениях в составе древостоя удерживается ежегодно значительно меньшая часть взятых из почвы элементов и возврат составляет 80—90% от потребления, лишь в единичных случаях снижаясь до 60 %. Исключением служит дубовый лес, который уже в первом классе возраста возвращает почве около 70—80 % от потребления.
На биологический круговорот оказывает значительное влияние травяно-моховой покров леса. Наблюдаются существенные различия в содержании азота и зольных элементов между зелеными мхами, лесными кустарничками (брусникой, черникой) и дубравным широкотравьем.
Содержание азота и зольных элементов в травяно-моховом покрове лесов (по Н.П. Ремезову и П.С. Погребняк, 1965)
Калий количественно преобладает над кальцием в зеленых мхах, кислице, дубравном широкотравье, травянистой растительности. В чернике и бруснике, наоборот, калия содержится значительно меньше, чем кальция. В этом отношении брусника и черника приближаются к древесным породам. Наиболее высоким содержанием калия и кальция выделяется характерное растение дубравного широкотравья — сныть. Оно богаче других и азотом. Наименьшее количество калия содержат брусника, черника и зеленые мхи. Осока и папоротник выделяются высоким содержанием кремния. Дубравное широкотравье богаче других растений алюминием. Корневые системы дубравного широкотравья по сравнению с надземной частью заметно беднее азотом, кальцием, калием, кремнием, магнием. В покрове из зеленых мхов содержится сравнительно небольшое количество всех элементов.
Мхи принимают сравнительно небольшое участии в биологическом круговороте. Еще меньшее количество всех элементов содержится в покрове из кислицы, создающей очень небольшую массу органического вещества. Но поскольку покров из кислицы ежегодно полностью отмирает, это определяет большее его влияние на биологический круговорот в лесу по сравнению с зелеными мхами. Брусника и черника, как многолетние растения, оказывают очень незначительное влияние на билогический круговорот.
Наиболее сильное влияние на биологический круговорот в лесу оказывает покров из дубравного широкотравья, который вовлекает в круговорот значительное количество азота (до 26 кг/га), кальция (16,6 кг/га), калия (36 кг/га), кремния (7,1 кг/га). Поэтому при разработке систем управления пищевым режимом каких-либо древесных пород следует учитывать потребление элементов питания травянистой растительностью и возврат их по мере отмирания трав.
Травянистая растительность вовлекает в биологический круговорот наибольшее (по сравнению с другими элементами) количество калия, в то время как в потреблении древесной растительностью калий занимает третье место (после кальция и азота). На почвах, недостаточно обеспеченных физиологически доступными соединениями калия, развитие травяного покрова может существенно влиять на питание древесных пород калием.