научная статья по теме КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА В СИСТЕМЕ ФИТОЦЕНОЗ-ПОЧВА В ЧЕРНИЧНО-СФАГНОВЫХ СОСНЯКАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ РЕСПУБЛИКИ КОМИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА В СИСТЕМЕ ФИТОЦЕНОЗ-ПОЧВА В ЧЕРНИЧНО-СФАГНОВЫХ СОСНЯКАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ РЕСПУБЛИКИ КОМИ»

ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2012, № 2, с. 11-18

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 630*187:582.475:574.4

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА В СИСТЕМЕ "ФИТОЦЕНОЗ-ПОЧВА" В ЧЕРНИЧНО-СФАГНОВЫХ СОСНЯКАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ РЕСПУБЛИКИ КОМИ*

© 2012 г. К. С. Бобкова, А. Ф. Осипов

Институт биологии Коми НЦ УрО РАН 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 Е-та11: osipov@ib.komisc.ru Поступила в редакцию 19.07.2011 г.

Приведены оценки пула и интенсивности накопления углерода в экосистемах среднетаеж-ных чернично-сфагновых сосняков разного возраста. Показано, что в сосновых биогеоценозах на болотно-подзолистых почвах более половины органического углерода экосистемы сконцентрировано в верхнем метровом слое почвы. Продукция углерода фитомассы в них составляет 1.9-3.0 т га-1 год-1. Охарактеризовано поступление растительного опада и деструкция растительных остатков на поверхности болотно-подзолистых почв. Отмечено, что за год разлагается около 30% от ежегодной массы поступающего опада, остальное накапливается на поверхности почвы в виде лесной подстилки, запасы которой составляют 28-33 т С га-1.

Органический углерод, сосняк, продукция фитомассы, опад, разложение растительных остатков.

Актуальность исследований резервуаров и потоков органического углерода в лесных экосистемах обусловлена Рамочной конвенцией ООН об изменениях климата [23] и Киотским протоколом [13]. Принятие Россией этих соглашений обусловило необходимость инвентаризации существующих запасов, а также оценить величины секвестирования и закрепления углерода в лесных сообществах. В масштабах России работы, характеризующие эти процессы, выполнены [1, 9, 10 и др.]. Определены запасы и депонирование углерода основными лесо-образующими древесными породами [31], лесными массивами крупных регионов [29], отдельными фитоценозами [3, 17, 33 и др.]. Характеристика отдельных компонентов углеродного цикла приведена в работах [14, 25,28]и др.

Исследователи, проводившие оценку запасов на территории России и крупных регионов, отмечают необходимость получения дополнительных

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (№ 10-04-00067-а) и программы Президиума РАН № 16 "Окружающая среда в условиях изменяющегося климата: экстремальные природные явления и катастрофы".

экспериментальных данных, описывающих круговорот углерода в различных типах леса. Ими показано, что сведения о нетто-продукции лесных экосистем, особенно о роли в накоплении углерода растений нижних ярусов фитоценозов и их корней недостаточны. Мало данных, характеризующих минерализованный поток СО2 при деструкции растительных остатков в почве. Слабо исследованы в этом плане заболоченные типы лесных сообществ. Сосновые леса на территории Республики Коми занимают 7.1 млн. га [16], из них половина представлена насаждениями на бо-лотно-подзолистых почвах, и углеродный цикл в них исследован очень слабо.

Цель данной работы — изучение круговорота органического углерода и оценка роли отдельных звеньев углеродного цикла в среднетаежных чер-нично-сфагновых сосняках разного возраста.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работа выполнена в Республике Коми, на территории Ляльского (62°17' с.ш., 50°40' в.д.) и Чер-намского (62°00' с.ш., 50°20' в.д.) лесных стацио-

Таблица 1. Характеристика древостоев чернично-сфагновых сосняков

Состав Средний возраст, лет Густота деревьев, экз. га-1 Сумма площадей сечения, м2 га-1 Запас древеси- 3 -1 ны, м3 га-1 Средняя высота, м Средний диаметр, см Подрост, тыс. экз. га-1

растущих сухих растущих сухих

9С1Б + Е 45±2 2153 27 15.0 95 1 8.8 9.3 5.5

10С + Б ед.Е 60±4 2040 100 15.7 109 4 10.0 10.0 3.5

10С + Е, Б, Ос 118±4 1210 30 20.2 169 2 12.9 16.3 2.2

наров Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Объекты исследования — чернично-сфагновые сосняки разного возраста послепожарного происхождения, IV и V классов бонитета. Краткая таксационная характеристика древостоев приведена в табл. 1. В составе древесного яруса сосняков при господстве сосны отмечается незначительное участие березы, ели и редко осины. В подлеске единично ива и рябина. Подрост густотой 2.25.5 тыс. экз. га-1 состоит из сосны, березы и ели при доминировании сосны. Травяно-кустарнич-ковый ярус в исследованных сосняках с общим проективным покрытием 50-60% довольно сходен по составу и состоит из черники, голубики, брусники, багульника, водяники, кассандры, подбела, марьянника и осоки. Почти сплошной моховой покров представлен в основном сфагновыми при незначительном участии зеленых мхов. На кочках встречаются лишайники из родов Cladonia и Cladina. Почвы торфянисто-подзолисто-глеева-тые иллювиально-железистые и торфянисто-под-золисто-глееватые гумусовые.

В соответствии с ОСТ 56-69-83 [22] заложены 3 пробные площади размером 0.1 и 0.15 га, на которых проведен сплошной перечет деревьев. Основные звенья круговорота органического углерода определены по потокам органического вещества. Запасы и прирост органической массы древостоя определяли методом модельных деревьев [30]. Было проанализировано: сосны 15 модельных деревьев (3 дерева 45 лет, 8 - 60, 4 - 118 лет), ели - 11 деревьев (3 дерева 45 лет, 4 - 60, 3 - 118 лет), березы -8 деревьев (2 дерева 45 лет, 3 - 60, 3 - 118 лет) разных ступеней толщины.

Прирост древесины ствола определяли средний за 5 лет по приросту объема ствола модельных деревьев при помощи LINTAB 5 с использованием программы Tsap Win Basic. Прирост ветвей рассчитан по средней ветви модельных деревьев. Продукцию ассимиляционного аппарата вычисляли среднюю за 4 года. Массу подземных органов определяли методом крупных и мелких монолитов [20]. Пни и скелетные корни толщи-

ной > 20 мм извлекали из монолитов размером 1.5*1.5*0.6 м У тех деревьев, которые служили для определения массы надземных частей. Проводящие корни деревьев толщиной 0.6-20 мм, корни кустарничков и трав отбирали из монолитов размером 25*25 см в 15-18-кратной повторности до глубины проникновения корней. Прирост коры принимали равным ее опаду. Продукцию древесных корней определяли по формуле [24].

Фитомассу растений напочвенного покрова определяли методом укосов на каждой пробной площади в 10-кратной повторности рамкой 50*50 см [24]. Их прирост вычисляли, отделяя побеги первого года. По полученным соотношениям рассчитывали общую продукцию. Прирост корней трав и кустарничков равен 25% от их массы [4].

Сбор опада осуществляли с помощью опадо-уловителей размером 50*50 см в 15-20-кратной повторностях. Массу опада кустарничков и мхов учитывали по их приросту. Компоненты опада и растительных остатков лесной подстилки закладывали в капроновых мешочках в пятикратной повторности в почву для оценки их разложения [32]. Содержание углерода в отдельных фракциях фитомассы и опада рассчитывали согласно [5]. Запасы органического углерода в почвах чернично-сфагновых сосняков определены нами ранее [21].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Запасы органического углерода в экосистемах. Запасы и распределение органического углерода по компонентам в лесных экосистемах характеризуют особенности биологического круговорота в конкретных лесорастительных условиях. В процессе развития лесные фитоценозы аккумулируют углерод в фитоценозе и почве.

Пул углерода фитомассы чернично-сфагно-вых сосняков образуют растения древостоя, подроста и напочвенного покрова. В древостоях сосняков на болотно-подзолистых почвах накоплено 35-55 т С га-1, что составляет 81-93% от общих запасов углерода в фитоценозе, которые главным об-

разом сконцентрированы в древесине ствола (6162%) и корнях (22-24%), на долю хвои приходится 4%, коры ствола - 6-7, ветвей - 4-6% (табл. 2). Дре-востои довольно близкие по составу, 9-10 единиц в них составляет сосна. Следовательно, она формирует большую часть углерода фитомассы ценоза. Запасы органического углерода в подросте - наименее изученный компонент круговорота углерода в лесных экосистемах. Участие подроста в накоплении углерода фитомассы сосняков уменьшается с возрастом от 5.4 до 0.9 т га-1, а его густота от 5.5 до 2.2 тыс. экз. га-1. Более высокие запасы его отмечены в 45-летнем насаждении, что обусловлено процессами интенсивного формирования древостоя и дифференциацией деревьев по состоянию.

В среднетаежных чернично-сфагновых сосняках масса углерода в растениях напочвенного покрова изменяется от 2.6 до 5.1 т С га-1, значительная часть которого в этом ярусе фитоценоза приходится на чернику (19-45%) и сфагновые мхи (13-46%). Необходимо отметить, что в 45- и 118-летних фитоценозах в массе напочвенного покрова значительна роль голубики (13 и 22%, соответственно) и зеленых мхов (18 и 20%). На остальные растения приходится менее 10% от запаса углерода растений напочвенного покрова. В целом, на долю кустарничков в аккумуляции углерода надземной массы нижних ярусов приходится 39-63%, мхов - 36-53, трав - 1-8%. Известно [4, 11], что в фитоценозе с увеличением сомкнутости полога древостоя уменьшается масса растений напочвенного покрова. Это объясня-

ет уменьшение запасов углерода почти в 2 раза в мохово-лишайниковом и травяно-кустарничко-вом ярусах 45-летнего насаждения.

Таким образом, запасы углерода органической массы в фитоценозах чернично-сфагновых сосняков увеличиваются с возрастом и составляют 43.0-60.5 т С га-1 (табл. 2).

По нашим данным [21], пул углерода в почвенном блоке исследуемых сосновых экосистем составляет 66-117 т С га-1, и его доля в общем запасе экосистемы снижается по мере развития ценоза от 71% в 45-летнем до 51% в 118-летнем насаждении. Основным компонентом легкоми-нерализуемой фракции органического вещества почвы является лесная подстилка с запасом 28.8-33.5 т С га-1. Гумус почв на 50-75% состоит из стабильной фракции органического вещества. Большая часть, 69-90%, углерода 1-метрового профиля приходится на корнеобитаемый (0-50 см) слой почвы. Следует отметить, что исходно запасы углерода 1-метрового профиля почвы в сосняках разные из-за различий в их гранулометрическом составе. Песчаная почва спелого чернично-сфагнового сосняка имеет меньшие запасы углерода в отличие от 45- и 60-летних насаждений, развитых на супесчаных почвах.

Общий пул углерода в чернично-сфагновых сосняках разного возраста на б

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