АГРОХИМИЯ, 2008, № 2, с. 66-69
УДК: 631.423.6(571.54)
СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ЭМИССИИ С02 МЕРЗЛОТНЫМИ
ПОЧВАМИ ЗАБАЙКАЛЬЯ
© 2008 г. Е. В. Малханова, Р. А. Егорова1, Г. Д. Чимитдоржиева1
Бурятский государственный университет 670000 Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а, Россия 1Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН 670000 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, Россия E-mail: rae@biol.bsc.buryatia.ru Поступила в редакцию 08.02.2007 г.
Исследована сезонная динамика продуцирования углекислоты в дерново-таежных и лугово-черно-земных мерзлотных почвах. Выявлено, что весной и осенью преимущественное действие на эмиссию С02 из исследуемых почв оказывает температура, а летом - влажность. Суммарный показатель потерь углерода из лугово-черноземных почв выше, чем дерново-таежных.
ВВЕДЕНИЕ
Продуцирование почвами С02 в определенной мере характеризует функциональное состояние экосистемы в целом в каждый конкретный момент времени. Выделение двуокиси углерода с поверхности почвы тесно связано с активностью почвенной биоты и протеканием физико-химических процессов, биологический фактор имеет первостепенное значение в формировании почвенного профиля и многих свойств самой почвы. Исследования, касающиеся режима почвенной углекислоты в Забайкалье, фрагментарны [1-3], поэтому изучение эмиссии С02 в регионе с широким распространением многолетнемерзлотных пород и поч-вогрунтов весьма актуально. Целью настоящей работы было количественное определение и сравнительная оценка продуцирования углекислоты в почвах мерзлотной зоны.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследования были дерново-таежные и лугово-черноземные почвы мерзлотной котловины Витимского плоскогорья. Дерново-таежные мерзлотные почвы распространены в основном по верхним частям увалистых форм рельефа под разнотравными разреженными лиственничниками. Водно-физические свойства рассматриваемых почв недостаточно благоприятны [4]. Они плохо оструктурены, маловлагоемки. Период с активной температурой (>10°С) в гумусовом горизонте составляет 70-90 сут, по температурному режиму они относятся к мерзлотному типу, умеренно континентальному подтипу. Режим влажности в средние по увлажнению погодные условия зависит в основном от летних осадков, а не зимних, поскольку количество последних незна-
чительно. В целом водный режим дерново-таежных почв классифицируется как режим мерзлотного типа, периодически промывного мерзлотно-таежного подтипа [5].
Лугово-черноземные выщелоченные почвы сформировались в условиях горной мерзлотной лесостепи под лугово-степной растительностью на относительно выровненных и слабодренирован-ных остепненных территориях. По температурному режиму они также относятся к мерзлотному типу, однако по подтипу - резко- и даже экстраконтинентальные [5]. Особенностью формирования влагоресурсов в лугово-черноземных мерзлотных почвах является резко отрицательный баланс влаги в первой половине теплого периода, обусловленный высокой испаряемостью, которая превышает количество осадков в этот период в 5-7 раз. Водный режим относится к мерзлотному типу мерзлотно-лесостепному подтипу [4, 5].
Исследования проводили в 2004 г. с июля по октябрь и в 2005 г. с мая по октябрь в режиме оперативного мониторинга с интервалом 5-7 сут. Опытные площадки располагались на Еравнинском почвенно-агрохимическом стационаре в с. Сосново-Озерск (лугово-черноземные почвы) и на увале Дархитуй (дерново-таежные почвы).
Эмиссию СО2 из почв определяли абсорбционным методом в модификации Шаркова [6] в трехкратной повторности. Суммарные потери углерода из почвы в виде СО2 за период наблюдения оценивали с помощью метода линейного интерполирования. Одновременно производили измерение температуры и влажности почвы в слое 0 -10 см. В 2005 г. для определения биологической активности исследуемых почв применяли метод аппликации [7] с за-
Сроки отбора проб
Рис. 1. Эмиссия углекислоты мерзлотными почвами Забайкалья, кг/га в сутки. -♦- Дерново-таежные мерзлотные почвы -#- Лугово-черноземные мерзлотные почвы.
кладкой в 5-кратной повторности льняного полотна в слои почвы 0-20 см с экспозицией 120 сут.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Своеобразие почвенных и климатических условий повлияло на характер, сезонную продолжительность и суммарную за сезон эмиссию С02 из исследуемых почв. Динамика ее в течение вегетации на исследуемых почвах в разные годы была примерно одинакова, однако наблюдались различия в скорости эмиссии (рис. 1).
В 2004 г. график динамики дыхания почв имел вид одновершинной кривой с максимумом в середине вегетационного сезона. Так, на дерново-таежных почвах за период со 2 июля по 2 октября выделение С02 колебалось от 3.8 до 20.7 кг/га/сут. Прогревание почвы до 19°С (рис. 2) в начале июля сопровождалось резким подъемом эмиссии, достигшим наибольшего значения за весь период наблюдений - 20.7 кг/га/сут. Далее последовал спад скорости эмиссии до 9.7 кг/га/сут до сентября.
На лугово-черноземных мерзлотных почвах в начале наблюдений также отмечались высокие показатели продуцирования углекислоты, составившие 2 июля 19.9 кг/га/сут. Затем скорость эмиссии снизилась до 11.5, но резко возросла до 24.9 кг/га/сут после обильного выпадения осадков. Такой скачок отчасти связан с резко возросшей активностью микробного комплекса почв, вследствие создания благоприятных условий теп-
ла и влаги. В последующих наблюдениях в динамике дыхания отмечалась равномерность без резких перепадов. Повторное прогревание атмосферного и почвенного воздуха после первых осенних заморозков, начинающихся в Забайкалье во второй половине августа, незначительно увеличило "дыхание" на всех типах почв. Здесь отмечалась тесная прямая связь между эмиссией и температурой почв, и величина г колеблется в пределах от 0.7-0.9.
В 2005 г. в начале вегетационного сезона скорость эмиссии С02 на лугово-черноземных мерзлотных и на дерново-таежных почвах была одинаково низкой: 2.9 кг и 2.8 кг/га/сут соответственно, что было вызвано низкими температурными показателями почв (3°С в слое 0-10 см). Кроме того, известно, что углекислота в этот период может сорбироваться в почве [8]. Выпадение осадков в третьей декаде июля сопровождалось резким всплеском эмиссии С02, которая достигла максимальных за вегетацию значений: на лугово-черноземных мерзлотных почвах - 30.4, на дерново-таежных - 24.6 кг/га/сут. Была отмечена положительная корреляционная связь между эмиссией С02 и влажностью почвы (0.59-0.98). Максимальные значения эмиссии в этот период обусловлены прогреванием и увлажнением почв, что создало благоприятные условия для деятельности почвенной микрофлоры и привело к усилению процессов минерализации растительных остатков и почвенного органического вещества.
0собенности климатических условий Забайкалья нашли отражение и в эмиссии С02 за веге-
68
МАЛХАНОВА и др.
Сроки отбора проб
Рис. 2. Температура и влажность мерзлотных почв Забайкалья в вегетационные периоды 2004-2005 гг. Температура:
-А- Дерново-таежные мерзлотные почвы -#- Лугово-черноземные мерзлотные почвы Влажность:
Дерново-таежные мерзлотные почвы Лугово-черноземные мерзлотные почвы
тационный сезон. Так, первые осенние заморозки привели к падению температуры почвы ниже 10°С, и показатель эмиссии упал в среднем до 3.5 кг С02/га/сут. Дальнейшее прогревание и увлажнение почв привело к подъему кривой дыхания, связанному с минерализацией микробной некро-массы. Показатель эмиссии составил: на лугово-черноземных - 5.5, на дерново-таежных - 4.2 кг С02/га/сут. Корреляционная связь между эмиссией С02 и температурой почв была также тесной и величина г находилась в пределах 0.71-0.9.
Для сравнения приводим результаты исследований, проведенных на целинных мерзлотных лу-гово-черноземных почвах в долине реки Амги [9]. Максимальное почвенное "дыхание" было зарегистрировано в конце июня, в период обильного выпадения осадков и достаточного прогревания почвы. В июле в результате недостатка продуктивной влаги интенсивность продуцирования С02 снизилась и далее до конца месяца держалась на одном уровне. В целом интенсивность выделения С02 была достаточно высокой (2.6-7.5 кг С02 га в час), в 2 раза выше по сравнению с другими мерзлотными лугово-черноземными почвами Якутии, что связано с более благоприятным гидрологическим режимом в них. Другими авторами изучалась интенсивность "дыхания" целинной мерз-лотно-таежной палевой почвы [10]. Максимальные потери С02 в период активной деятельности биоты низкие и составляли 1.44 кг/га/час. Эти показатели близки к значениям в исследуемых дерново-таежных почвах.
Суммарные потери углерода в виде углекислоты из исследуемых почв за вегетационный сезон дают оценку их вклада в поступление С02 в атмосферу. За неполный вегетационный период 2004 г. максимальные значения потерь углерода из почвы были обнаружены на лугово-черноземных почвах -263.5 кг/га. На дерново-таежных почвах показатель потерь углерода в виде углекислоты был ниже за счет замедленного протекания микробиологических процессов, обусловленного кислой реакцией почвенной среды, низким содержанием органического вещества, и составил 209.2 кг/га. Целлюлозо-литическая активность на этих почвах низкая -потери льняного полотна за 4 мес. составили 23%.
В 2005 г. на лугово-черноземных почвах суммарные потери С-С02 составили 276.7 кг/га, на дерново-таежных почвах - 233.7 кг/га.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, среднесуточные значения продуцирования углекислоты за вегетационный сезон в исследуемых почвах колебались от 6 до 8 кг С02/га/сут. Динамика почвенного С02-газообмена характеризовалась одновершинной кривой с максимальным значением в середине лета. В условиях дефицита тепла и неустойчивого увлажнения изменения почвенного дыхания были неравномерными с чередующимися подъемами и спадами.
Анализ сезонной динамики показал, что гидротермические условия вегетационного сезона в исследуемых почвах определяли характер эмиссии С02: в условиях континентального климата
весной и осенью преимущественное влияние на выделение углекислоты почвой оказывала температура, а в летний период - влажность. Суммарный показатель потерь углерода из почв в виде С02 за вегет
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.