научная статья по теме ЭМИССИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА С ПОВЕРХНОСТИ ПОЧВЫ СОСНЯКА ЧЕРНИЧНО-СФАГНОВОГО СРЕДНЕЙ ТАЙГИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ЭМИССИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА С ПОВЕРХНОСТИ ПОЧВЫ СОСНЯКА ЧЕРНИЧНО-СФАГНОВОГО СРЕДНЕЙ ТАЙГИ»

БИОЛОГИЯ ПОЧВ

УДК 631.433.3:630*187:582.475

ЭМИССИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА С ПОВЕРХНОСТИ ПОЧВЫ СОСНЯКА ЧЕРНИЧНО-СФАГНОВОГО СРЕДНЕЙ ТАЙГИ*

© 2013 г. А. Ф. Осипов

Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 167982, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28

е-таП: osipov@ib.komisc.ru Поступила в редакцию 01.02.2011 г.

Установлены закономерности сезонной динамики эмиссии диоксида углерода с поверхности торфянисто-подзолистой глееватой иллювиально-железистой песчаной почвы спелого сосняка чер-нично-сфагнового в течение вегетационных периодов 2008—2010 гг. Наибольшие величины потоков СО2 из почвы отмечаются в конце июля — начале августа, наименьшие в октябре. В жарком 2010 г. наблюдался еще один максимум выделения СО2 — в июне. Выявлена тесная положительная корреляция между интенсивностью выделения углекислого газа и температурой почвы (г = 0.71, а = 0.05), достоверной связи эмиссии СО2 с влажностью почвы не обнаружено. Коэффициент множественной корреляции между величиной эмиссии СО2 из почв и гидротермическими характеристиками почвы составляет 0.57 при уровне значимости (а) равном 0.05. Рассчитано, что в течение вегетации в результате эмиссии углекислого газа с поверхности торфянисто-подзолистой глееватой иллювиально-железистой песчаной почвы спелого сосняка чернично-сфагнового в атмосферу выделяется 68—100 г С м-2.

Ключевые слова: дыхание почвы, гидротермический режим, хвойные, Север.

БО1: 10.7868/80032180X13050110

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивность потока СО2 с поверхности почвы является одним из важных показателей углеродного цикла наземных экосистем [6, 17, 21]. Количество СО2, выделяемое почвами, определяется различными факторами, как биологическими — стадией развития и темпом жизнедеятельности почвенной флоры и фауны, дыханием корней, так и климатическими — температурой, влажностью воздуха и почвы, количеством поступающих осадков, ветром и др. [8, 16]. По количеству углекислоты, выделяемой с поверхности почвы, можно судить об интенсивности процессов разложения органического вещества [3], характеризовать биологическую активность почв [19, 23] или продуктивность фитоценоза [7]. К настоящему времени накоплено достаточно много сведений, оценивающих потоки углекислоты как на уровне фитоценоза [17, 24], страны в целом [10, 13, 14, 21], так и мира [26, 28]. Выделение СО2 из почвы изменяется в широких пределах. Согласно Кудеярову с соавт. [10], средняя удельная скорость продуцирования углекислого газа почвами России в течение вегетационного периода

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 10-04-00067-а).

варьирует в пределах 0.3—6.1 т С/га. Болотно-под-золистые почвы выделяют в среднем 1.7—2.2 т С—СО2/га год [11]. Кайбияйнен с соавт. [6] отмечают, что из почвы средневозрастного сосняка черничного средней тайги Карелии выделяется 2.7 т С/га. Согласно исследованиям Мамаева и Молчанова [17], эмиссия С—СО2 из серой лесной почвы дубравы южной лесостепи составляет 5.6—6.7 т С/га. Типичная подзолистая почва ельника черничного средней тайги Республики Коми в течение вегетации эмитирует в атмосферу 2.3—2.7 т С/га [18], а болотно-подзолистая почва ельника чернично-сфагнового в этих же условиях выделяет 2.7 т С/га год [12]. Эмиссия С—СО2 из дерновой слабоподзолистой почвы соснового биогеоценоза равна 4.4 т С/га [20]. Согласно Кургановой [14], из дерново-подзолистой и серой лесной почв, сформировавшихся под лесной растительностью, с углекислым газом в атмосферу выделяется в среднем около 6.0 т С/га год. Проведенные исследования характеризуют в основном автоморфные почвы. Менее исследованными в этом отношении являются болотно-подзолистые почвы, развитые под сосновыми лесами, в то время как для более достоверной оценки эмиссии диоксида углерода с поверхности почв бореальных лесов необходимы экспериментальные данные, характеризующие

619

8*

почвенное дыхание разных типов лесных почв. Цель данной работы состояла в оценке сезонной эмиссии углекислого газа с поверхности болотно-подзолистой почвы среднетаежного сосняка чер-нично-сфагнового в зависимости от экологических факторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводились в течение вегетационных периодов 2008, 2009, 2010 гг. в спелом сосняке чернично-сфагновом на территории Ляльского лесоэкологического стационара (62°15' с.ш., 50°42' в.д.) Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Климат территории умеренно-континентальный. Среднегодовая температура воздуха 0.1°С, количество осадков 693 мм, 60% которых выпадает в виде дождей. Продолжительность снежного периода составляет в среднем 6 мес. (с 1 ноября по 5 мая), а вегетационного периода — 142 дня.

Древостой имеет V класс бонитета и следующий состав 10С+Е,Б,Ос, со средним возрастом 118 лет. Плотность растущих деревьев 1210 экз./га с запасом древесины 197 м3/га. Средняя высота 12.9 м, диаметр — 16.3 см. Подлесок состоит из единичных деревьев рябины и ивы. Подрост плотностью 2.2 тыс. экз./га имеет состав 59Б33С8Е и представлен в основном деревьями высотой 0.6—1.5 м. Травяно-кустарничковый ярус с проективным покрытием 50—70% образован черникой, голубикой, водяникой, багульником, осокой шаровидной и кассандрой. Почти сплошной моховой покров состоит из сфагновых (Sphagnum warnstorfii S. angustifolium, S. medium) и зеленых (Pleurozium schreberi, Hylocomium splendens) мхов. Встречаются пятна лишайников из рода Cladonia. Почва участка — торфянисто-подзолистая глееватая иллювиально-железистая песчаная, с глубины 110 см подстилается супесями, характеризуется мощной (18 ± 5 см) подстилкой. Содержание углерода в подстилке 37—45%, рН около 3.5.

Измерение эмиссии углекислого газа с поверхности почвы (включая подстилку) проводили в течение вегетационных периодов 2008—2010 гг. При измерении потока СО2 с поверхности почвы использовались открытая динамическая (принудительной продувки) камера и инфракрасный газоанализатор LI-COR 8100 (LI-COR Biosciences, США) с почвенной камерой (survey chamber 20 cm 8100-103). Учет таких факторов, влияющих на значения эмиссии СО2 из почвы, как изменение давления внутри измерительной камеры при ее установке, способ перемешивания анализируемой воздушной смеси, рост концентрации СО2 в

камере и эффект растворения газа в водном паре, позволяет считать ее эталонной. Методика и принципы измерения эмиссии на ИКГ LI-COR приведены в специальной литературе [25]. Измерения скорости выделения СО2 из почв проводились 2—3 раза в месяц. В течение суток делали 100—120 замеров, значения которых усреднялись для получения величины среднесуточных потоков СО2 из почв. В 2008 г. было выполнено 16 измерений, в 2009 г. — 14 измерений, 2010 г. — 12 измерений. Стационарные кольца (collar) площадью 318 см2 врезались в подстилку в 5-кратной повторности. Ассимилирующую часть напочвенного покрова удаляли. Почвенную камеру газоанализатора устанавливали на кольцо. Длительность одного измерения составляла 2 мин., принудительная продувка камеры после измерения — 45 сек, пассивная — 7 мин.

На основе проведенных измерений в течение месяца рассчитывали величину среднемесячного потока СО2 из почвы как среднеарифметическое. Для оценки интенсивности выделения диоксида углерода с поверхности почвы в течение вегетационного периода, использовали формулу (1)

E = X (RN),

(1)

i=1

где Е — эмиссия С-СО2 за сезон мг С/м2; R— среднемесячная эмиссия СО2, мг С /м2 сут; N — число дней в месяце.

Температуру и влажность почвы непрерывно измеряли в почасовом режиме с 3 июля 2008 г. по 1 ноября 2010 г. датчиками фирмы НОВО (США). Полученные данные усредняли за сутки. В 2010 г. одновременно с измерением эмиссии СО2 влажность почвы определяли также и весовым методом [22].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Характеристика погодных условий вегетационных периодов. В течение вегетационного периода в 2008 г. сумма среднесуточных температур выше 5°С в течение вегетации в 2008 г. составила около 900°С, что выше средних многолетних значений на 8—10%. Выпадение осадков в течение мая-октября того же года (412 мм) было близко к норме. В мае 2008 г. (табл. 1) преобладала холодная погода (5.5°С), которая сохранилась и в начале июня. Постепенное повышение температуры произошло во второй декаде июня, теплая погода установилась лишь в третьей декаде месяца. В июле преобладала жаркая, в августе — умеренно-теплая, в сентябре — прохладная погода. Октябрь был очень теплым, средне-

месячная температура превысила среднемного-летние значения на 3.8°С. Осадки в мае были в норме, в июне, июле и первой декаде августа отмечался их дефицит. Во второй половине августа было очень дождливо, осадков выпало в 2 раза больше нормы. Осадки в осенний период распределялись неравномерно: в первой декаде сентября было дождливо, а октябрь был более сухим, чем в среднестатистический год.

В течение вегетационного периода 2009 г. сумма среднесуточных температур выше 5°С составила около 1100°С, что выше средних многолетних на 18—20%. Сумма осадков за май—октябрь составила 465 мм и была на 112% от нормы. Весенние месяцы 2009 г. характеризовались контрастной погодой. В мае кратковременные похолодания чередовались с теплыми периодами, в июне в первой половине месяца преобладала теплая, а во второй холодная погода. Начало июля было холодным, затем с 12 числа до конца месяца стояла довольно теплая погода. В августе теплые периоды чередовались с холодными. Осенние месяцы были теплыми с превышением среднемесячных температур на 1.2—3.8°С. В целом, осадки за июнь-июль и в осенние месяцы превысили норму.

Сумма среднесуточных температур выше 5°С в течение вегетации 2010 г. достигла 1400°С, что превысило среднюю многолетнюю на 27—30%, тогда как осадков выпало мало 309 мм или 74% от нормы. В мае 2010 г. преобладала теплая погода, которая сохранялась до начала июня. Затем наступило незначительное похолодание. Начиная с третьей декады июня, установилась жаркая погода, которая сохранялась до начала августа. В августе и сентябре теплые периоды чередовались с холодными. Октябрь был теплым. В мае—июне выпадение осадков превышало норму, а в остальные месяцы выпало меньше среднемноголетних величин.

В целом, вегетационные периоды в годы исследова

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком