ОЦЕНКА ФАКТИЧЕСКОГО И ПОТЕНЦИАЛЬНОГО АККУМУЛИРОВАНИЯ УГЛЕРОДА
В ТАЕЖНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СИБИРИ

Координатор: акад. Ваганов Е. А.

Исполнители: ИЛ, ИГCО, ИОА, СИФИБР, КНЦ, ЧИПР СО РАН

Анализ сезонной и годичной динамики чистого газообмена (NEE) типичной лесной экосистемы средней тайги показал, что с мая по октябрь экосистема представляет собой “сток” СО2 и ее аккумулирующая активность достаточно высока — до 0,4 моль С× м–2× сут.–1, что вполне сравнимо с данными для бореальных лесов Европы и Канады. Несмотря на то что с октября по май древостой был слабым источником СО2 в атмосферу (0,05 моль С× м–2× сут.–1), начало фотосинтетической активности наблюдалось одновременно с установлением среднесуточных температур воздуха выше 0 ° С. Фотосинтетическая активность кроны достигала максимума в начале августа. При этом GPP составляла 46,6 моль С× м–2× год–1 для 1999 г. и 52,3 моль С× м–2× год–1 для 2000 г. Показано, что исследуемый древостой являлся значительным аккумулятором атмосферного СО2 в исследуемые годы, при этом среднее значение NEE составляло 13 моль С× м–2× год–1. Средняя интенсивность дыхания экосистемы в период вегетации составляла 1,6 мкмоль× м–2× с–1, что примерно втрое ниже значений, приводимых для лесов Канады и Швеции. Установлено, что около 66 % дыхания экосистемы составляло дыхание почвы, 16 % — дыхание стволов и около 18 % — ночное дыхание хвои.

Разработан теоретико-экспериментальный метод оценки годичного депонирования углерода в болотных экосистемах, в котором объединены определение возраста сфагновой колонки по хронологиям радиального прироста укоренившихся в торфяной залежи деревьев сосны и модель роста и разложения торфяной залежи. Проверка метода осуществлена на нескольких экспериментальных болотах в средне-таежной зоне и показала высокое соответствие расчетных и измеренных величин годичного аккумулирования углерода. Важные достоинства метода: 1) возможность использования для большого числа болотных экосистем; 2) достаточно просто измеряемые характеристики торфяной залежи (рис. 1).

Рис. 1. Схема сбора образцов (h - высота сфагновой колонки от гипокотиля сосны (Pinus sylvestris) до верхнего уровня сфагновой подушки) (а) и зависимость биомассы колонки от возраста (б).

Fig. 1. The method of sampling (h - sphagnum column from hypocotile of pines (Pinus sylvestris) to surface) (а), the relationship between biomass of sphagnum column and age (б).

Установлено, что на экспериментальных пожарах скорость распространения составляла от 9 м/мин при высокоинтенсивном до 2,0 м/мин при низкоинтенсивном пожаре, соответственно интенсивность варьировала от 6513 до 372 кВт/м, а глубина прогорания — от 6,4 до 3,3 см. Выявлена тесная связь скорости распространения, глубины прогорания и количества сгоревших горючих материалов с канадскими показателями пожарной опасности по условиям погоды (корреляционное отношение от 0,76 до 0,98). эмиссия углерода при пожаре также хорошо коррелирует с этими показателями. В сосняках подзоны средней тайги эмиссия углерода варьирует от 3,2 до 10,6 т/га в зависимости от интенсивности пожара (кВт/м) (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость эмиссии углерода в атмосферу от интенсивности лесного пожара в среднетаежных сосняках Центральной Сибири.

Fig. 2. The relationship between carbon emission and fires in pine forest of Central Siberia.

Проведена оценка участия крупных беспозвоночных в процессах аккумуляции биогенных элементов в зависимости от эдафоклиматических условий. В соответствии со структурой почвенного покрова лесотундры и таежной зоны Красноярского края по запасам биомассы крупных беспозвоночных почвы располагаются в следующем порядке: песчаные подзолы < серые почвы < криоземы типичные <
< подбуры охристые. Минимальное количество углерода (0,2 кг/га) и азота (0,05 кг/га) аккумулируется педокомплексами песчаных подзолов. На биомассу педобионтов в серых почвах приходится углерода и азота соответственно 13,2 и 2,5 кг/га. Криоземы и подбуры занимают промежуточное положение: в криоземах углерод и азот биомассы составляют 6,0 и 1,2, в подбурах 2,2 и 0,4 кг/га соответственно.

Хвойные в отличие от березняков аккумулируют вдвое более высокие запасы углерода в подстилке и мертвом корневом материале. При близкой интенсивности опада эти различия обусловлены меньшей относительной скоростью разложения растительных остатков хвойного опада. В березняках основной компонент опада — листья — разлагается со скоростью k = 0,45 год–1, для корней k = 0,14 год–1, в сосняках k = 0,23 и 0,06 год–1, в лиственничниках k = 0,21 и 0,10 год–1 соответственно для хвои и корней. Разложение растительных остатков сопровождается новообразованием гумусовых веществ. На новообразование гумуса (СNhum) расходуется около 20 % годового освобождения углерода при разложении.

Замещение лесных экосистем агроценозами (АГЦ) вносит коренные изменения в биологический круговорот элементов, существующий в природе. Фитомасса АГЦ в таежной подзоне (2,4 т С× га–1) в 20—25 раз ниже, чем в лесной экосистеме. За период использования в качестве пахотных угодий в почвах (в верхнем обрабатываемом слое) запас стабильного гумуса практически не изменился: в зависимости от типовой принадлежности его колебания в лесных экосистемах составляют 28,04—60,70 т С× га–1, в агроэкосистемах — 37,34—63,39 т С× га–1.

Список основных публикаций

  1. Лесные экосистемы Енисейского меридиана/ Ред. Ф. И. Плешиков. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. 356 с.

  2. Шибистова О. Б., Ллойд Д., Колле О. и др. Оценка аккумулирования СО2 сосновым древостоем методом микровихревых пульсаций// Докл. РАН. 2002. т. 383, № 3. р. 425—429.

  3. Conard S. G., Sukhinin A. I., Stocks B. J., Cahoon D. R., Davidenko E. P., Ivanova G. A. Determining effects of area burned and fire severity on carbon cycling and emissions in Siberia// Climatic Change. 2002. Vol. 55 (1—2). P. 197—211.

  4. Lloyd J., Shibistova O., Zolotoukhine D., Kolle O., Arneth A., Wirth C., Styles J. M., Tchebakova N. M., Schulze E.-D. Seasonal and annual variations in the photosynthetic productivity and carbon balance of a central Siberian pine forest// Tellus. 2002. Series B, Vol. 54(5). P. 590—610.

  5. McGuire A. D., Wirth C., Apps M., Beringer J., Clein J., Epstein H., Kicklighter D. W., Bhatti J., Chapin III F. S., de Groot B., Efremov D., Eugster W., Fukuda M., Gower T., Hinzman L., Huntley B., Jia G. J., Kasishke E., Mellilo J., Romanovsky V., Shvidenko A., Vaganov E., Walker D. Environmental variation, vegetation distribution, carbon dynamics, and water/energy exchange in high latitudes// J. Vegetation Sci. 2002. V. 13 (3). P. 301—314.

  6. Schulze E. D., Prokuschkin A., Arneth A., Knorre N., Vaganov E. A. Net ecosystem productivity and peat accumulation in a Siberian Aapa mire// Tellus. 2002. Series B, vol. 54 (5). P. 531—536.

  7. Shibistova O., Lloyd J., Zrazhevskaya G., Arneth A., Kolle O., Knohl A., Astrakhantceva N., Shijneva I., Schmerler J. Annual ecosystem respiration budget for a Pinus sylvestris stand in central Siberia// Ibid. P. 568—589.

  8. Shibistova O., Lloyd J., Evgrafova S., Savushkina N., Zrazhevskaya G., Arneth A., Knohl A., Kolle O., Schulze E.-D. Seasonal and spatial variability in soil CO2 efflux rates for a central Siberian Pinus sylvestris forest// Ibid. P. 552—568.

  9. Styles J. M., Lloyd J., Zolotukhin D., Lawton K. A., Tchebakova N., Francey R. J., Arneth A., Salamakho D., Kolle O., Schulze E.-D. Estimates of regional surface carbon dioxide exchange and carbon and oxygen isotope discrimination during photosynthesis from concentration profiles in the atmospheric boundary layer// Ibid. P. 768—783.

  10. Vedrova E. F., Shugalei L. S., Stakanov V. D. The carbon balance in natural and disturded forests
    of the southen taiga in central Siberia// J. of Vegetation Science. 2002. Vol. 13. P. 341—350.

 

  Оглавление Далее