АГРОХИМИЯ, 2015, № 2, с. 46-51
- Агроэкология -
УДК 631.41 7.1:631.433.53(-925.16)
СЕЗОННАЯ ЭМИССИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ИЗ ПОЧВ ДЕЛЬТЫ р. СЕЛЕНГА (ЗАПАДНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ)
© 2015 г. Е. Ю. Мильхеев, Г. Д. Чимитдоржиева
Институт общей и экспериментальной биологии 670047 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, Россия E-mail: evg-milh@rambler.ru
Поступила в редакцию 19.10.2014 г.
Многолетнее изучение (2007-2012 гг.) эмиссии СО2 с поверхности дерновых лесных и луговых почв дельты р. Селенга (Западное Забайкалье) показало, что в зависимости от температурно-влаж-ностного режима почвы исследованные объекты эмитировали 344-543 г С/м2. Определяющую роль в изменениях скорости выделения СО2 из почвы в течение вегетационного сезона играла температура почвы.
Ключевые слова: сезонная эмиссия, углекислый газ, почвы дельты р. Селенга, Западное Забайкалье.
ВВЕДЕНИЕ
Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, особенно выраженное в течение последнего столетия, свидетельствует о "нарушении общепланетарного углеродного цикла" [1]. Почвы являются важнейшим резервуаром углерода в биосфере. Запас органического углерода почв примерно в 3 раза больше, чем в надземной биомассе, и в 2 раза превышает запас атмосферного СО2. Эмиссия углекислого газа из почв является одним из главных потоков в глобальном цикле углерода, и незначительные нарушения почвенного дыхания могут привести к серьезным нарушениям в атмосфере [2]. По количеству углекислоты, выделяемой с поверхности почвы, можно судить об интенсивности процессов разложения органического вещества, характеризовать биологическую активность почв или продуктивность фитоценоза. Кроме того, выделяющийся с поверхности почвы углекислый газ является чувствительным и информативным показателем функционального состояния экосистемы в целом [3].
Актуальность данной работы связана с тем, что охваченность территории России исследованиями по определению эмиссии СО2 очень неравномерна: большинство наблюдений за интенсивностью выделения СО2 из почв проводили в центральной части европейской территории России (50-60°К, 30-40оЕ). До сих пор слабо изученными в отношении почвенного дыхания остаются районы Дальнего Востока, Восточной Сибири, горные и
полупустынные регионы [4]. Отсутствие экспериментальных данных в этих областях представляет основную трудность и значительно увеличивает неопределенности оценок общего дыхания почв Российской Федерации.
В условиях меняющегося климата температура и влажность почвы являются наиболее значимыми экологическими факторами, определяющими скорость деструкции органического вещества и интенсивность выделения СО2 из почв [5]. Высокая положительная корреляция между скоростью выделения СО2 и температурой почвы обнаруживается как в глобальном масштабе [6, 7], так и для почв отдельных экосистем и регионов [8]. В связи с этим изучение влияния гидротермических условий почвы на скорость эмиссии СО2 имеет большое значение. Исследования по выделению диоксида углерода почвами Забайкалья практически не проводились или имеют фрагментарный характер [9, 10, 11, 12].
Цель работы - дать количественную оценку сезонной эмиссии СО2 с поверхности дерновых лесных и луговых почв дельтовой части р. Селенга во временном аспекте в зависимости от экологических факторов.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Экспериментальные участки, на которых в течение 6 лет вели сезонные наблюдения за интенсивностью выделения СО2 из почвы, располагались
в дельтовой части р. Селенга на дерновой лесной (52о08'К 106°18'8) и луговой почвах (52о03'К 106°37'8). Район исследований относится к дельтовому лугово-болотному и лесостепному району. Большая часть его представляет собой приречную равнину р. Селенга, изрезанную многочисленными протоками и старицами. Почвенный покров озерно-аллювиальных террас, покрытых ксерофитно-злаково-разнотравными сосновыми и березово-сосновыми лесами с разнотравьем, представлен дерновыми лесными песчаными почвами [13, 14]. В их профиле выделяются гуму-сово-аккумулятивный горизонт, один или два переходных горизонта бурого или палевого цветов. Почва характеризовалась слабокислой реакцией среды, умеренной насыщенностью основаниями и содержанием Сорг = 2.5%. Тип "дерново-лесных почв" отсутствует в современных классификационных системах. В классификации почв России [15] они близки к дерновым альфегумусовым почвам. В их профиле выделяются аккумулятивный серогумусовый (дерновый) и залегающий ниже альфегумусовый горизонты.
Почвы высоких островов лопастной дельты представлены луговыми почвами под злаково-разнотравными и осоково-разнотравными растительными ассоциациями на отложениях суглинистого гранулометрического состава. Их профиль состоит из мощного аккумулятивного горизонта с высоким содержанием гумуса (Сорг = 4.3%), слабощелочной реакцией среды и высокой емкостью поглощения и насыщенностью основаниями.
Экосистемы дельты р. Селенга развиваются в условиях континентального климата Восточной Сибири, климатические показатели которого несколько преобразованы влиянием оз. Байкал. Коэффициент континентальности в межгорных впадинах Забайкалья достигает 85-90, а на побережье Байкала снижается до 67-73 [16]. Средняя годовая температура воздуха - 1оС. Грунты промерзают на глубину 1.5-3.5 м. Среднегодовое количество осадков, составляющее 412 мм, распределено по месяцам неравномерно.
Измерение эмиссии углекислого газа с поверхности почвы проводили в течение вегетационных сезонов 2007-2012 гг. (с мая по сентябрь включительно) абсорбционным методом в модификации И.Н. Шаркова [17]: использовали полипропиленовые сосуды (^ = 10 см, И = 15 см) с крышками. Сосуд-изолятор врезали в почву на глубину 5 см. В месте врезания сосуда-изолятора надземную часть растений срезали на уровне почвы. Внутри ставили чашечку (^ = 5 см) с 10 мл 1 н. КаОН. Сосуд плотно закрывали крышкой на 24 ч, после
чего извлекали и на месте титровали 0.2 н. HCl по фенолфталеину. Выделенное почвой за экспозицию количество СО2 рассчитывали с учетом холостого титрования (щелочь на период экспозиции помещали в сосуд без почвы с объемом, равным объему свободного пространства в рабочем сосуде). Суммарные выделения СО2 за вегетационный сезон рассчитывали путем линейного интерполирования. В течение всего периода наблюдений параллельно производили измерение температуры и влажности верхнего слоя 0-5 см почвы. Измерения скорости выделения СО2 из почв проводили с интервалом 7-10 сут в трехкратной повторности. Статистическую обработку данных проводили с использованием программы Excel 2007.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что эмиссия углекислого газа почвами неодинакова в различные периоды вегетации и в зависимости от сочетания погодных условий, физиологического состояния растений и микробных сообществ имеет ярко выраженную динамику [18].
Своеобразие почвенных и климатических условий Западного Забайкалья влияет на сезонную продолжительность, характер тренда и общую эмиссию СО2 в исследованных экосистемах. Результаты многолетних мониторинговых наблюдений авторов за эмиссией СО2 из дерновых лесных и луговых почв свидетельствовали о том, что величина эмиссии СО2 из почвы отличается неравномерностью как в течение вегетационного сезона, так и по годам. Динамика эмиссионных потерь СО2 определялась главным образом особенностями температурно-влажностного режима почвы и имела, как правило, "пилообразный" вид, с максимумами в летние месяцы или смещенными на начало или конец вегетации растений и с минимумом в засушливый период (рис. 1).
Несмотря на различия в режимах температуры и увлажнения в отдельные годы, сравнительно высокая влажность отмечена в основном в начале и в конце вегетационного сезона на всех площадках (рис. 2).
Мониторинг эмиссии СО2 свидетельствовал, что во все годы наблюдений начало вегетационного периода характеризовалось низкими показателями дыхания: минимальный поток СО2 был зафиксирован с поверхности дерновых лесных почв - в среднем 4.0 г/м2/сут; максимальный - в луговых почвах (6.7 г СО2/м2/сут). Этому периоду измерений свойственна низкая температура почв
--------Дерновая лесная почва -Луговая почва
Рис. 1. Сезонная динамика эмиссии СО2 из почв в 2007-2012 гг.
I Дерновая лесная почва \////Л Луговая почва
Влажность почв
■ Дерновая лесная почва -
Температура почв
2012 г. Луговая почва
Рис. 2. Влажность и температура почв в 2007-2012 гг.
(2-4оС), что обусловлено глубоким промерзанием почв и медленным весенним прогреванием, а также избытком влаги в почве, накопленной в предшествующий холодный период года. В таких условиях углекислый газ также мог сорбироваться в почве [19]. Определенный вклад в эмиссию СО2 в исследованных почвах вносила, вероятно, диффузия его из нижних слоев почвы. Известно, что оттаивание мерзлотного горизонта может способствовать высвобождению диоксида углерода, окклюдированного в кристаллах льда [20].
С повышением температуры в течение вегетации и прогреванием верхних слоев почвы (1-2 декада июня) эмиссия СО2 постепенно повы-
шалась вследствие усиления активности микроорганизмов и растений, а также отчасти за счет десорбции, достигая в отдельные годы весьма значительных величин. Дальнейшее увеличение интенсивности выделения СО2 из почв совпадало с выпадением осадков и быстрым прогреванием почвы до 18-20оС.
До своего абсолютного максимума эмиссия диоксида углерода в зависимости от года исследования возрастала с середины июля до середины августа, достигая в среднем 18-25 г/м2 в лесном ценозе и 25-35 г - на лугу. Максимумы эмиссии СО2, как правило, отмечали в период совпадения оптимальных температур и влажности. Повыше-
700 600500400300200 100 0
2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г. 2011г. 2012 г.
□ Дерновая лесная почва И Луговая почва
Рис. 3. Суммарные потоки углерода в виде углекислоты с поверхности почв за вегетационные сезоны 2007-2012 гг.
ние ее скорости в этих условиях было связано с активностью процессов минерализации растительных остатков и почвенного органического вещества. В этот период складывались наиболее благоприятные погодные условия для функционирования микробных сообществ и имел место активный дыхательн
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.