научная статья по теме БИОГЕННЫЕ ПОТОКИ УГЛЕРОДА В БОРЕАЛЬНЫХ ЛЕСАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ СИБИРИ Биология

Текст научной статьи на тему «БИОГЕННЫЕ ПОТОКИ УГЛЕРОДА В БОРЕАЛЬНЫХ ЛЕСАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ СИБИРИ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2011, № 1, с. 77-89

= ЭКОЛОГИЯ

УДК 574.4

БИОГЕННЫЕ ПОТОКИ УГЛЕРОДА В БОРЕАЛЬНЫХ ЛЕСАХ

ЦЕНТРАЛЬНОЙ СИБИРИ

© 2011 г. Э. Ф. Ведрова

Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 660036Красноярск, Академгородок E-mail: biosoil@forest.akadem.ru Поступила в редакцию 13.07.2010 г.

Приведены оценки пула углерода и интенсивности процессов продуцирования растительной биомассы, деструкции компонентов фитодетрита, новообразования гумусовых веществ, выноса водорастворимых продуктов разложения для лесных экосистем лесотундры, северной и южной тайги Центральной Сибири. Показано, что интенсивности основных процессов (продуцирования и минерализации органического вещества) в экосистемах лесотундры сбалансированы. Лиственничники северной тайги служат стоком для С атмосферы, эквивалентным 32—34% чистой первичной продукции (NPP). В южной тайге производный березняк, где сформировался второй ярус из хвойных, и коренной перестойный пихтач характеризуются сбалансированностью основных потоков углерода. Березняки, где второй ярус только формируется, и пихтачи в возрасте 50 и 90 лет служат стоком в среднем для 26% углерода, "изъятого" в виде диоксида на формирование NPP.

Для высоких и средних широт Сибири леса являются доминирующим типом растительного покрова (Ваганов и др., 2005). Они составляют около 40% лесопокрытой площади России (Соколов, 1997; Лесные ... , 2002; Замолодчиков и др., 2005), что определяет их значимость в цикле атмосферного углерода. Формируемые запасы углерода составляют значительную долю от его глобальных запасов, что объясняется, прежде всего, величиной территории Сибири. Поглощая углерод атмосферы в форме диоксида, леса являются мощным его хранилищем, аккумулируя углерод в фито-массе и фитодетрите, исполняя при этом роль фактора, поддерживающего газовый состав атмосферы в ее стабильном состоянии.

Количественные оценки пулов углерода в лесных экосистемах, даже при детализации его аккумуляции в разных группах фитодетрита, являются важным, но не единственным параметром углеродного цикла. Для балансовых расчетов первостепенное значение имеет величина чистой экосистемной продукции (МБР), контролирующей, с одной стороны, пул углерода в экосистеме, с другой — ее статус относительно диоксида углерода атмосферы. Величину чистой экосистемной продукции характеризует соотношение интенсивности противонаправленных процессов: затрат углерода на создание чистой первичной продукции (МРР) за счет фотоавтотрофной ассимиляции СО2 атмосферы и его возврата в атмосферу при минерализации органического вещества (ОВ). Приведенные ниже результаты исследований характеризуют параметры углеродного цикла бореальных лесов Центральной Сибири на при-

мере лесных экосистем лесотундры, северной и южной тайги.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Запасы органического вещества (эквивалентные углероду) в фитомассе и почвенном органическом веществе, интенсивность процессов продуцирования фитомассы, формирования фитодетри-та, высвобождения углерода при разложении органического материала на поверхности и в толще почвы, его участие в новообразовании гумусовых веществ, формировании минерализационно-го потока в атмосферу, в процессах миграции исследовались на постоянных пробных площадях, заложенных в лесотундре (68° с.ш., 86° в.д.), в северной (65° с.ш., 89° в.д.) и южной (57° с.ш., 92° в.д.) тайге. Согласно лесорастительному районированию (Коротков, 1994) в лесотундре пробные площади характеризуют Путоранскую лесорасти-тельную провинцию Норильско-Хантайского округа елово-лиственничных редколесий и долинных лесов, в северной тайге — лиственничники Туруханского округа темнохвойных и лиственничных лесов, в южной тайге — темнохвойные леса Кеть-Чулымского лесорастительного округа.

Растительность лесотундры представлена лист-веннично-еловыми, елово-березовыми насаждениями зеленомошной и лишайниковой групп типов леса. В условиях вечной мерзлоты древостои характеризуются низкой полнотой и производительностью (V, Уа — классы бонитета). В послепо-жарных березово-елово-лиственничных и бере-зово-лиственнично-еловых древостоях здесь заложено три постоянные пробные площади. Они

представляют смешанные низкополнотные (лиственничник зеленомошный, полнота 0.33, площадь 0.51 га и ельник сфагновый, полнота 0.32, площадь 0.39 га) и среднеполнотные (ельник зеленомошный, полнота 0.69, площадь 0.3 га) разновозрастные древостои, с запасом древесины от 34 до 90 м3/га. Древесный ярус состоит из ели сибирской (Picea obovata), лиственницы сибирской (Larix sibirica) и березы пушистой (Betula pu-bescens). Основной фон в структуре почвенного покрова в криогидроморфных условиях лесотундры составляют криоземы. В их профиле под органогенным горизонтом (мощностью 10—17 см без живой части мхов) залегает криотурбирован-ная минерально-органическая, как правило, тик-сотропная толща серовато-грязно-бурой окраски, подстилаемая льдистой мерзлотой. В первой декаде июля мерзлота фиксируется на глубине 18 см, к концу лета она опускается до 40—60 см. Профиль почв характеризуется кислой и сильнокислой реакцией в органогенных горизонтах, слабокислой в надмерзлотном минеральном слое, отсутствием дифференциации по гранулометрическому (средне- и тяжелосуглинистый) и валовому составу (Краснощеков др., 2001). Несмотря на постоянное переувлажнение, в профиле почв морфологически не проявляются следы оглеения.

В составе фитоценозов северной тайги преобладает лиственница Гмелина (L. gmelinii). Из сопутствующих пород присутствуют ель сибирская, кедр сибирский (Pinus sibirica) и береза пушистая. Как правило, преобладают одноярусные одновоз-растные перестойные 380- и 110-летние послепо-жарные насаждения зеленомошной и лишайниковой групп типов леса V и Уа классов бонитета. Доля лиственницы в них достигает 61—77% общего запаса в 31—118 м3/га при относительной полноте 0.26—0.68. Четыре постоянные пробные площади отражают восстановительно-возрастные ряды послепожарных сукцессий двух преобладающих групп типов леса. В обоих типах леса — кустар-ничково-зеленомошном (0.98 и 0.32 га) и кустар-ничково-лишайниковом (0.48 и 1.08 га) исследования проводились в древостоях лиственницы, продолжительность послепожарного периода в которых составляет 400 и 120 лет соответственно. Фоновыми почвами в условиях хорошего (часто провального) дренажа на мелкоземисто-обло-мочных продуктах выветривания траппов, вулканических туфов, плотных осадочных пород Тунгусского плато в пределах территории являются подбуры. В их профиле выделяется оторфованная подстилка, как правило, с развитым маломощным (2—6 см) подгоризонтом гумификации. Ниже залегает альфегумусовый горизонт, постепенно переходящий в почвообразующую породу. Минеральные горизонты характеризуются легко-среднесуглинистым гранулометрическим составом, имеют слабокислую (в отличие от органоген-

ных горизонтов) реакцию. Коллоидный комплекс насыщен основаниями. Для подбуров характерна аккумулятивная кривая внутрипрофильного распределения полуторных оксидов и гумуса, преобладание аморфных форм в составе несиликатного железа. Граница мерзлоты в конце июля опускается до 19—26 см.

Темнохвойным лесам южной тайги свойственна мозаика экосистем, ненарушенных, естественно развивающихся, и трансформированных хозяйственной деятельностью и природными процессами, находящихся на различных стадиях разных типов сукцессий. Исследования проводились на шести пробных площадях, заложенных на территории Кеть-Чулымского лесорастительного округа. Среди хвойных пород на лесопокрытой площади округа преобладает пихта сибирская, среди мелколиственных — береза (Betula pendula). Пробные площади закладывались в лесных экосистемах, характеризующих два варианта восстановления коренных темнохвойных лесов, расстроенных хозяйственной деятельностью. Три из них заложены в коренных насаждениях: пихтач разнотравно-осочковый в возрасте 170 лет представляет собой пример тех разновозрастных дре-востоев, которые были вырублены или уничтожены шелкопрядом (Кузьмичев и др., 2007), пихтачи зеленомошные (возраст 50 и 90 лет) формируются после 30-летних рубок с сохранением подроста. Другие три пробные площади характеризуют производные березняки: в 60- и 65-летних березняках осочково-разнотравных второй ярус только намечается или начал формироваться лишь в последние 20 лет. В 100-летнем березняке осочково-зеленомошном в первый ярус вместе с березой вышел кедр (P. sibirica), а пихта (Abies sibirica) и ель сформировали второй ярус. В почвенном покрове фоновым является тип серых почв, подтип — серые со вторым гумусовым горизонтом (Горбачев, Попова, 1992). Они характеризуются средне- и тяжелосуглинистым гранулометрическим составом, насыщенностью поглощающего комплекса кальцием и магнием, слабо- и среднекислой реакцией водной вытяжки в верхней части почвенного профиля с переходом к нейтральной и (или) слабощелочной в нижней. Для внутрипрофильного распределения углерода характерна повышенная концентрация в гумусо-во-аккумулятивном горизонте с последующим снижением в нижележащей толще. Второй гумусовый горизонт, как правило, совмещен с гумусо-во-элювиальным и (или) с субэлювиальным горизонтами. Отчетливо выраженный морфологически, он не всегда выделяется повышенным содержанием гумуса относительно выше- и нижележащей толщи.

При изучении биологической продуктивности исследуемых насаждений на каждой пробной площади отбирались модельные деревья. Их

фракционирование и дальнейшая обработка подробно рассматриваются в (Плешиков и др., 2002; Ведрова и др., 2002; Кошурникова, 2007). На каждой пробной площади учитывали запасы напочвенного покрова (п = 10—15). Масса сухостоя в составе фитодетрита рассчитывалась по материалам таксации древостоев. Учет валежа, пней и крупных веток (отдельно по лиственным и хвойным породам) с классификацией по трехбалльной шкале разложения проводился на всей пробной площади или внутри ленты (размер ленты около 10% размера пробной площади), заложенной по ее диагонали. У валежа измеряли длину и диаметры двух противоположных концов, объем надземной части пней рассчитывали на основании обмеров высоты и ди

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

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»