ЭКОЛОГИЯ, 2012, № 5, с. 347-352
УДК 631.95
ДИНАМИКА ЭЛЕМЕНТОВ БАЛАНСА УГЛЕРОДА НА НЕИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПАХОТНЫХ УГОДЬЯХ ВАЛДАЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ © 2012 г. А. А. Романовская, В. Н. Коротков, Р. Т. Карабань, Н. С. Смирнов
Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН 107258 Москва, ул. Глебовская, 20Б E-mail: an_roman@mail.ru Поступила в редакцию 21.06.2011 г.
Рассмотрена динамика запасов углерода неиспользуемых пахотных земель Новгородской области в резервуарах фитомассы, мортмассы и почв. С увеличением возраста залежи прослеживается накопление надземной и подземной мортмассы, в то время как для фитомассы четкой тенденции выявить не удается. Сопоставление с архивными данными показывает, что в среднем запасы органического почвенного углерода исследованных экосистем уменьшились на 1.39 т С/га от уровня 1983 г., что соответствует ежегодным потерям 0.03 т С/га. Основными определяющими факторами изменения запасов углерода в залежных почвах являются начальный уровень органического углерода пахотного горизонта, интенсивность агромелиоративных мер, которые применяли во время сельскохозяйственной эксплуатации, и уровень запаса углерода в почвах луговых сообществ, типичных для данного региона (зоны).
Ключевые слова: баланс углерода экосистем, залежные земли, парниковые газы, Новгородская обл.
Рост атмосферных концентраций парниковых газов обусловливает необходимость тщательной оценки их запасов и потоков как техногенного, так и биогенного происхождения. Последние наиболее неопределенны и требуют проведения большого количества локальных исследований для возможности определения основных региональных зависимостей поглощения и эмиссий парниковых газов, прежде всего углекислого газа (СО2), от наземных экосистем.
В глобальном масштабе средний ежегодный нетто поток СО2 между наземными экосистемами и атмосферой соответствует ежегодному поглощению 0.9 ± 0.6 млрд. т С (без учета техногенных источников эмиссии СО2) (IPCC, 2007). Однако в масштабе России оценки этого потока разными авторами варьируют в широком диапазоне: от ежегодного источника 0.16—0.39 млрд. т С (Nils-son et al., 2000) до поглощения наземными экосистемами в среднем около 0.49 млрд. т С в год (Shvidenko et al., 2009) и до 0.8—1.0 млрд. т С в год (Кудеяров, 2000, 2005).
Антропогенные воздействия на экосистемы, в частности смена вида эксплуатации земель, изменяют запас органического углерода почв и оказывают заметное влияние на интенсивность и направленность потока СО2 между экосистемой и атмосферой. В России в течение последних десятилетий в силу политических и экономических преобразований прекращено использование до 30% пахотных угодий (Романовская, 2006б). По
нашим оценкам, на 2009 г. общая площадь брошенных пашен (залежных земель) в стране составляла около 28 млн. га.
Залежные экосистемы способны накапливать органический углерод в силу постепенного восстановления на них многолетней луговой и лесной растительности и отсутствия выноса растительных остатков с урожаем. По данным разных авторов величина такого накопления может составлять от 3.1 (Post and Kwon, 2000) до 302 г С м2 год-1 (Kurganova et al., 2010). Наши предыдущие оценки показывают, что средняя скорость аккумуляции почвенного органического углерода залежных земель России равна примерно 97-108 г С м2 год-1, что соответствует общему накоплению для всей территории страны около 29 млн. т С год-1 (Романовская, 2008). Однако для уточнения средних величин требуется проведение тщательных исследований региональных закономерностей при изменении запасов и потоков углерода на неиспользуемых пахотных угодьях в разных климатических и растительных зонах страны.
Цель настоящей работы - оценка динамики основных резервуаров углерода в экосистемах неиспользуемых пахотных земель Валдайской возвышенности.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В качестве объекта исследований были выбраны неиспользуемые пахотные земли на террито-
рии центральной части Валдайской возвышенности (Новгородская обл.) на полигоне Валдайского филиала Государственного гидрологического института "Усадье". Сельскохозяйственная эксплуатация земель была прекращена в разные годы между 1984 и 1994 гг. На отдельных участках, приближенных к населенному пункту, до начала 2000-х годов проводилось выборочное сенокошение. Также был исследован участок лесопосадок, заложенный в 1954 г. на бывшей пашне.
Район исследований характеризуется холмисто-моренным ландшафтом с высотой холмов 30—60 м, абсолютные высоты в среднем составляют около 200 м над ур. м., максимумы достигают 300—320 м. Усадьевский полигон представляет собой типичный современный ландшафт сельскохозяйственных земель Нечерноземья.
Нами были исследованы элементы углеродного баланса выбранных экосистем, включая запасы фито- и мортмассы, а также органического углерода почв. В июле 2009 г. были отобраны образцы надземной фитомассы травяного покрова и нераз-ложившихся растительных остатков на трех залежах, заброшенных в течение 16—18, 22—24 и 25— 27 лет назад, и сенокосе, заброшенном в 1999 г. Кроме того, был исследован участок с посадками сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и ели обыкновенной (Picea ábies (L.) Karst.) 1954 г. в урочище "Синяя гнилка", высаженных на территории бывшей пашни в непосредственной близости от полигона "Усадье". Контрольные пробы отобраны на используемом пахотном поле, засеянном овсом, на границе д. Усадье. Подземные запасы фи-то- и мортмассы оценивали расчетным путем на основании соотношений для типичных луговых сообществ данной зоны (Базилевич, 1993).
В настоящее время исследуемые залежи представляют собой разнотравно-злаковые луга с доминированием злаков (овсяница луговая (Festuca pratensis Huds.), ежа сборная (Dactylisglomerata L.), полевица тонкая (Agrostis tenuis Sibth.), тимофеевка луговая (Phleum pratense L.), щучка дернистая (Deschampsia caespitosa (L.) Beauv.)) и примесью разнотравья. Среди разнотравья доминируют горошек мышиный (Vicia cracca L.), василек луговой (Centaureajacea L.), подмаренник настоящий (Galium verum L.). Проективное покрытие составляет 100%, высота травостоя — 120—140 см. Появление самосева древесной растительности затруднено в связи с сильным задернением. Однако местами отмечен подрост ив козьей (Salix caprea L.) и пепельной (S. cinerea L.), осины (Populus tremula L.), березы повислой (Betula pendula Roth.) и ели обыкновенной. Участок заброшенного сенокоса по структуре и видовому составу близок к залежным экосистемам, но здесь полностью отсутствует самосев древесных растений. Бывший сенокос представляет собой разнотравно-злаковый луг с
доминированием овсяницы луговой, ежи сборной, горошка мышиного, василька лугового.
Почвы на залежных участках дерновые, слабоподзолистые и скрытоподзолистые. По механическому составу встречаются среднесуглинистые почвы, реже — супесчаные. Гумусный горизонт неоднородный, разбавленный нижележащими слоями в результате глубокой вспашки. В среднем мощность гумусового горизонта старопахотных почв залежных земель составляет около 25 см. В пахотном горизонте встречаются включения гравия, горизонт бесструктурен, во влажном состоянии образует глыбистую поверхность. Подстилающий горизонт представлен красно-бурым моренным суглинком с ореховато-комковатой структурой.
Дополнительно исследовали посадки ели и сосны по пашне (культуры 1954 г.) в урочище "Синяя гнилка". На этом участке леса процессы усиленного естественного самоизреживания дре-востоев привели к накоплению сухостоя и вале-жа. Ярус подроста и подлеска слабо выражен, а немногочисленный подрост (рябина (Sorbus aucu-paria L.), осина, дуб (Quercus robur L.), ель, клен остролистный (Acer platanoides L.) и др.) по высоте не превышает пределы травяного покрова. Последний разрежен (проективное покрытие около 30%), в нем преобладает кислица обыкновенная (Oxalis acetosella L.), участие других видов незначительно. Доминируют луговые и опушечные виды, в то время как типично лесных видов травянистой растительности мало. Гумусовый горизонт под посадками развит слабо, его мощность не превышает 4 см, по механическому составу почва легкосуглинистая.
На всех исследованных участках были отобраны почвенные образцы верхнего горизонта залежных почв. На каждой пробной площадке для верхнего слоя почвы (0—20 см) отбирали 10 почвенных образцов, которые затем смешивали и формировали средние пробы для химического анализа. На участках залежных земель осуществляли отбор смешанных почвенных образцов по слоям почвы 0—0.5 (до 6.0) см (подстилка) и от 0.5 (6.0) до 20 см (слой после подстилки). На участках с посевами культурных растений отбирали средние пробы для пахотного слоя Апах в целом, а при необходимости — подстилающий горизонт почвы. Пробы перебирали вручную и высушивали. Содержание общего углерода образцов почв определяли методом Тюрина в модификации Никитина в трех повторностях на базе лаборатории Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН. Кроме того, на всех пробных площадях в профиле почвы на глубине от 5 до 10 см были отобраны пробы для определения объемной массы почв. На основании полученных данных рассчитывали среднее
Средние запасы в резервуарах фитомассы и мортмассы различных экосистем на территории полигона "Усадье", т сух. в-ва/га
Экосистема Надземные резервуары Подземные резервуары (оценочно) Общий запас надземных и подземных резервуаров
фитомасса мортмасса фитомасса мортмасса
Залежь 16—18 лет 6.3 2.5 10.9 8.1 27.8
Залежь 22—24 лет 5.0 3.3 8.8 10.4 27.5
Залежь 25—27 лет 5.1 4.0 8.9 12.8 30.8
Сенокос (некосимый 10 лет) 10.1 4.1 15.6 13.3 43.1
Травяной покров посадок сосны и ели 1954 г. 0.5 10.1 — - -
Пашня 2009 г. 3.7 0.1 2.6 1.1 7.5
содержание органического углерода в слое почвы 0—20 см. С использованием результатов оценки объемной массы исследуемых почв полученные результаты переводили в запасы углерода в расчете на 1 га.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно полученным данным, общие запасы фито- и мортмассы на залежных участках несколько ниже запасов разнотравного луга брошенного сенокоса, однако в 4 раза и более превышают запасы эти
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.