ФИЗИКА ^^^^^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ
УДК 631.445.12;630*144.32
ЭМИССИЯ СО2 С ПОВЕРХНОСТИ ОЛИГОТРОФНЫХ БОЛОТ ЮЖНО-ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
С УЧЕТОМ МИКРОРЕЛЬЕФА
© 2014 г. Т. В. Глухова, С. Э. Вомперский, А. Г. Ковалев
Институт лесоведения РАН, 143030, с. Успенское Московской обл., Одинцовского р-на, ул. Советская, 21
е-шаП: root@ilan.ras.ru Поступила в редакцию 04.06.2012 г.
Обобщены трехгодичные наблюдения вариации потоков диоксида углерода в связи с микрорельефом поверхности почвы. Получены более точные оценки годовой эмиссии СО2 из олиготрофных торфяных болот с разной растительностью и обводненностью в южной тайге европейской территории России. Наибольшие различия в скоростях эмиссии СО2 по элементам микрорельефа характерны для безлесного грядово-мочажинного комплекса, где микропонижения (иногда мертвопокров-ные) выделяют СО2 в 2 раза меньше, чем ровные местоположения, и в 3 раза меньше, чем микроповышения. В лесных болотах различия потоков диоксида углерода по элементам микрорельефа существенно меньшие. В грядово-мочажинном комплексе средневзвешенная по элементам микрорельефа эмиссия СО2 (средняя за 3 года) составляла 436 г С/м2 в год, в более дренированном естественном сосняке кустарничково-пушицево-сфагновом 930 и в осушенном сосняке — 1292 г С/м2 в год. В годовом потоке диоксида углерода из торфяных почв доля холодного периода (ноябрь—апрель) составила 10% в грядово-мочажинном комплексе, 17 и 24% в сосняках естественном и осушенном соответственно.
Ключевые слова: болотные биогеоценозы, мочажины, ровные местоположения, кочки.
Б01: 10.7868/80032180X14010055
ВВЕДЕНИЕ
Способность болотных экосистем накапливать основную массу органического вещества в виде торфа определяется незамкнутостью их углеродного цикла. Поэтому болота являются важным биосферным фактором сдерживания увеличения концентрации СО2 в атмосфере. С другой стороны, болота таят в себе опасность ускорить процесс разложения торфа при потеплении климата или хозяйственном использовании и способны увеличить эмиссию СО2 и, тем самым, парниковый эффект.
Факт современного изменения (потепления) климата согласно Четвертому оценочному докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата [8] стал официально признанным, и болота в нем рассматриваются как важнейший агент круговорота углерода в природе. Болота в России занимают 8% площади, а вместе с оторфованными заболоченными землями — 21% ее территории [1]. Современный баланс углерода болот далек от ясности. Закономерности и количественная оценка газообмена болот разного генезиса в различных природных и антропоген-
но-нарушенных условиях остаются слабоизучен-ными, в частности, оценки эмиссии СО2 в атмосферу.
Большинство оценок потоков СО2 из болотных почв получено срочными измерениями разной частоты. Они относятся к регулярным измерениям в вегетационном периоде. В статье Глаголева с соавт. [5] приведен обзор исследований эмиссии СО2 с поверхности болот на территории Западной Сибири по летним месяцам или вегетационному периоду. Средняя интенсивность выделения диоксида углерода болотами Западной Сибири 122 и 134 мг С/м2 в час на олиготрофных и евтрофных соответственно. Суммарный поток за вегетационный период наибольший в высоком ряме (90) и минимальный (48 г С/м2) в осоково-сфагновой топи, средний по биогеоценозу исследуемого болота — 62 г С/м2.
На юге Томской обл. [6] летне-осенняя эмиссия СО2 находилась в диапазоне 23—370 в евтроф-ных болотах и достигала 400 мг С/м2 в час в оли-готрофных.
Потоки СО2 в северо-восточной части Васю-ганского болота [9] в сосново-кустарничковом
биогеоценозе были равны 87.8 мг С/м2 в час (за сезон май—сентябрь составили 45.1—136.6 г С/м2).
В Тверской обл. на территории Центрально-лесного заповедника наибольшая эмиссия углекислого газа в вегетационный период (225 мг С/м2 в час) отмечена на сосновом облесенном болоте, а наименьшая (150 мг С/м2 в час) в мезо-трофных осоковых топях [12]. В этой же работе показано, что интенсивность потока СО2 растет от мочажин (30 мг С/м2 в час) к грядам с участием трав и кустарничков (82 мг С/м2 в час), то есть эмиссия СО2 с гряд более чем в 2.5 раза превышает эмиссию с мочажин. Повышенную эмиссию диоксида углерода (в 2—2.5 раза) по сравнению с микропонижениями некоторые авторы отмечали в болотных микроповышениях [3, 26, 28, 30].
В Карелии на сосново-сфагновом мелкоосоковом олиготрофном болоте в июне—июле газообмен был в пределах от 469 до 953 мг СО2/м2 в час [14].
В Колымской низменности [25] скорость выделения СО2 в полигональных болотах разных стадиях зарастания изменялась от 142 до 324—431 мг С/м2 в час (дневные данные).
Наумов [20] приводит оценки углеродного баланса болотных экосистем подзон северной, средней и южной тайги. Автор отмечает, что полученные оценки аккумуляции углерода в болотах Западной Сибири несколько завышены из-за недоучета потоков углерода в атмосферу в зимний период. Оценок зимних потоков диоксида углерода крайне мало. Можно сослаться на собственные работы [1, 3], а также на исследования, проведенные в Колымской низменности [25], которые показали суммарные потери диоксида углерода за весь срок биологической активности (209 дней) на плакорном участке тундровых почв — 402 г С/м2 и за 159 дней в приозерном понижении — 203 г С/м2. В период промерзания профиля почвы выделялось 22.5 и 36.6 г С/м2, что составляло 5.6 и 18.7% от годовой эмиссии СО2 плакорной и болотной почв соответственно.
Исследования, проведенные в течение двух лет в южно-таежной зоне [17, 18], показали, что доля холодного периода в годовом потоке СО2 составляла 21—27% в естественных ценозах и 12—14% — в агроценозах.
Результаты наиболее полных круглогодичных 11-летних исследований [13] говорят о том, что доля холодного периода (ноябрь—апрель) в годовом потоке диоксида углерода из почв лесной зоны в среднем за годы наблюдений составила 21— 28%. В зависимости от погодных условий она может меняться от 11—16% (годы с теплым, влажным летом и холодной зимой) до 38—42% (годы с жарким летом и теплой зимой).
Таким образом, чтобы избежать существенных искажений при оценке годовых потоков СО2 и, особенно, баланса углерода в биогеоценозах южно-таежной зоны, необходимо учитывать эмиссию СО2 в холодный период года. Она, как видно из краткого обзора, составляет значительную часть. Кроме того, в ценозах с выраженным микрорельефом при балансовых расчетах углерода нужны средневзвешенные оценки эмиссии углекислого газа по элементам микрорельефа.
Целью нашего исследования являлось изучение годовой эмиссии СО2 с поверхности верховых болотных почв с учетом микрорельефа, а также оценка вклада разного времени года в суммарные годовые потоки.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Эмиссию диоксида углерода с поверхности верховых болотных почв южно-таежной зоны изучали на Западнодвинском лесоболотном стационаре Института лесоведения РАН в Тверской обл. (56° N, 32° E). Исследования проводили в олиго-трофных болотных микроландшафтах (биогеоценозах): грядово-мочажинном безлесном (с редкой сосной по болоту), сосняке кустарничково-пушицево-сфагновом естественном, древостой IV класса бонитета и сосняке кустарничково-пу-шицево-сфагновом, осушенном 30 лет назад, древостой III класса бонитета. Мощность торфяных отложений на объектах исследования — 4.0, 2.0 и 0.8 м соответственно в безлесном болоте, сосняках естественном и осушенном. Возраст древостоя в сосняках, естественном и подвергнутом мелиорации — 60 лет. Эмиссию СО2 определяли круглогодично в течение трех лет: с августа 2004 по июль 2006 и с января по декабрь 2007 гг.
Растительный покров нижних ярусов в двух естественных изучаемых болотных ценозах довольно сходный. В травяно-кустарничковом ярусе: голубика (Vaccinium uliginosum), кассандра (Chamaedaphne calyculata (L.)), багульник болотный (Ledum palustre L.), подбел многолистный (Andromeda polifolia L.), пушица влагалищная (Eriophorum Vaginatum L.), клюква (Vaccinium oxy-coccos L.) и др. В моховом ярусе сфагновые мхи: Sphagnum magellanicum Brid, Sph. fuscum (Schimp.) Klinggr., Sph. balticum (Russ) C. Jens., Sph. angustifo-lium (Russ.) C. Jens и др., а также Gymnocolea inflata (Huds.) Dum., Polytrichum strictum Sm. Древесный ярус приурочен в основном к микроповышениям, его значительно меньше в ровных местоположениях, и он отсутствует в мочажинах.
В нижнем ярусе сосняка осушенного преобладают те же кустарнички, но в моховом покрове сфагновые мхи встречаются реже. Некоторые свойства поверхностного слоя торфа даны в табл. 1, они характерны для олиготрофных болот. Сосняк
Таблица 1. Некоторые характеристики поверхностного слоя торфа опытных объектов
Микропонижения Микроповышения
Глубина слоя, степень зольность степень зольность
см разложения плотность, г/см3 разложения плотность, г/см3
% %
0-5 5-15 15-25
0-5 5-15 15-25
Грядово-мочажинное безлесное болото
6 9 7
I
7
28 25
2.5 4.2 3.1
0.027 0.040 0.048
8 10 14
Сосняк кустарничково-пушицево-сфагновый неосушенный
2.0 3.9 4.6
0.052 0.073 0.071
5 12 15
1.4 2.7 4.1
i
2.1 2.3 2.3
Сосняк кустарничково-пушицево-сфагновый осушенный
0.021 0.031 0.048
0.026 0.049 0.083
0-5 15 5.4 0.068 18 3.8 0.054
5-15 20 4.9 0.115 22 5.0 0.081
15-25 25 4.1 0.211 22 3.5 0.128
неосушенный сравнительно недавно вступил в фазу олиготрофного развития, и в профиле его торфяной почвы уже с глубины 10—12 см прослеживается более разложенный торф с относительно большей плотностью. После лесоосушитель-ной мелиорации плотность увеличилась в 1.3—3.0 раза, сопровождаясь усадкой поверхности болота. На объектах исследования была выполнена нивелировка поверхности почвы по квадратам 2 х 2 м. Это давало количественную оценку морфологии микрорельефа и площадную представленность микроповышений, микропонижений и ровных местоположений. Амплитуда высотных различий составляла 28.0 ± 1.4 см в безлесном болоте и 22.8 ± ± 1.1 см в сосняке естественном [4]. В осушенном сосняке высотные различия более сглажены.
Эмиссию СО2 по элементам микрорельефа измеряли портативной фотосинтетической системой Li 6400 фирмы Li COR Biosciences,
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.