научная статья по теме СЕЗОННАЯ И СУТОЧНАЯ ДИНАМИКА ЭМИССИИ СО2 С ПОВЕРХНОСТИ ОЛИГОТРОФНОЙ ТОРФЯНОЙ ПОЧВЫ Геофизика

Текст научной статьи на тему «СЕЗОННАЯ И СУТОЧНАЯ ДИНАМИКА ЭМИССИИ СО2 С ПОВЕРХНОСТИ ОЛИГОТРОФНОЙ ТОРФЯНОЙ ПОЧВЫ»

УДК 556.56.565:542.74

Сезонная и суточная динамика эмиссии С02 с поверхности олиготрофной торфяной почвы

Е. А. Головацкая*, Е. А. Дюкарев*

Представлены результаты исследования суточной и сезонной динамики эмиссии С02 с поверхности олиготрофного болота в южно-таежной подзоне Западной Сибири в 2005—2007 гг. В течение летнего периода происходит увеличение интенсивности эмиссии С02 с весны к середине лета и последующее уменьшение к осени. Среднее значение эмиссии С02 составило 118 мг С02/(м2 ■ ч). Анализ суточной динамики эмиссии С02 показал, что максимальный поток С02 наблюдается в 16 ч, а минимальный — в 7 ч. Средняя амплитуда суточных колебаний эмиссии С02 составляет 74 мг С02/(м2 ■ ч). Выявленные зависимости между температурой воздуха и потоком С02 позволили рассчитать эмиссию диоксида углерода в периоды между измерениями. Было выявлено, что для измерения эмиссии С02 камерным методом в летнее время оптимальным является период с 10 до 13 ч.

Введение

Болотные экосистемы имеют большое значение в биосфере. Они являются источниками и стоками парниковых газов. При изменении климата болотные экосистемы могут стать существенным источником диоксида углерода и метана, так как потепление стимулирует разложение органического вещества торфа и увеличение потока парниковых газов в атмосферу [2, 9, 14].

Площадь болотных экосистем составляет около 3—5% земной поверхности, при этом мировые запасы торфа оцениваются в 120—455 Пг С [2, 18]. По данным работы [16], запасы углерода в болотах России равны 215 Пг С. Площадь болотных экосистем Западной Сибири составляет 42% площади болот России, при этом в торфяниках Западной Сибири содержится около 36% общих запасов почвенного углерода России [2]. По разным оценкам, западносибирские болота содержат от 55 [6] до 70 Пг С [23]. Хотя запасы углерода в болотных экосистемах значительны, роль болот в глобальном балансе углерода пока мало изучена.

Современное потепление климата наиболее сильно проявляется в высоких широтах Северного полушария [7, 12], в результате чего могут существенно измениться потоки и баланс углерода болотных экосистем. Определение скорости углеродного обмена между болотными экосистемами и атмосферой, а также экологических и климатических факторов, влияющих

* Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук; e-mail: golovatskaya@imces.ru.

на углеродный обмен в условиях современного изменения климата, является важной научной задачей.

Баланс углерода болотных экосистем складывается из фотосинтетической фиксации СО2 в виде чистой первичной продукции, общего экоси-стемного дыхания автотрофов, гетеротрофного выделения С02 почвами, эмиссии метана при микробном разложении органического вещества и выноса органического углерода с болотными водами. Множество экологических факторов оказывает влияние на скорость углеродного обмена в болотных экосистемах, и современное изменение климата может затронуть эти управляющие факторы [9, 15]. Предыдущие исследования показали важность влияния температуры на эмиссию С02 и СН4 [2, 5, 8, 9, 13, 17, 19, 20, 22].

Интенсивность эмиссии диоксида углерода с поверхности органических почв болотных экосистем зависит от состояния почвы, условий погоды, физиологического состояния растительности и микробных сообществ, состава и структуры растительности, уровня болотных вод. Потоки С02 имеют четко выраженную суточную и сезонную динамику [5, 9, 13, 21], обусловленную, в первую очередь, вариациями температуры почвы и влажности.

Данная работа посвящена исследованию суточной и сезонной динамики эмиссии С02 с поверхности олиготрофного болота в южно-таежной подзоне Западной Сибири в 2005—2007 гг.

Объекты и методы исследования

Исследования проводились на территории геофизического стационара "Васюганье" (56°58' с. ш., 82°36' в. д.) Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН на Бакчарском болоте (площадь около 1400 км2), расположенном в междуречье рек Икса и Бакчар в Бакчарском районе Томской области [5]. Пункт измерения расположен в 200 м от окраины олиготрофного болотного массива в сосново-кустарничково-сфаг-новом фитоценозе (низкий рям). Подробное описание растительности в исследуемом фитоценозе представлено в работе [3]. Исследуемый болотный массив в прошлом не подвергался каким-либо антропогенным воздействиям. Мощность торфяной залежи в районе исследований составляет от 1 до 3 м при возрасте от 3 до 5 тыс. лет [1].

Измерение эмиссии С02 проводилось камерным методом (объем камеры 16,6 л, площадь основания 590 см2) с использованием инфракрасного газоанализатора ОПТОГАЗ 500.4 (ЗАО "ОПТЭК"). Внутри камеры был установлен вентилятор для перемешивания воздуха. Снаружи камеры были покрыты алюминиевой фольгой для предотвращения нагревания. Измерения повторяли три раза для уменьшения влияния пространственной разнородности потоков эмиссии. Для исключения бокового газообмена камеры размещали на предварительно установленные железные основания, углубленные в торф на 25 см. Время экспозиции составляло 30 мин. Поверхность в месте проведения измерений представляла собой моховой покров, предварительно освобожденный от других видов растений. Таким образом измерялся поток СО2, включающий суммарную продукцию диоксида углерода в результате дыхания корней растений, микроорганизмов и

животных, за вычетом С02, затраченного на ассимиляцию сфагновыми мхами [13]. Также проводилось измерение концентрации С02 в воздухе на высоте 50 см от поверхности.

Измерения проводили в течение вегетационных периодов 2005—2007 гг. Потоки С02 измеряли с мая по сентябрь ежемесячно в течение 8 дней в круглосуточном режиме каждые 3 ч. Всего было выполнено 634 измерения содержания С02 в приземном слое воздуха и эмиссии С02 с поверхности торфяной залежи. Температуру воздуха определяли автоматическим измерителем температуры и давления "HOBO Water Level Logger" производства "Onset Corporation" (США) с периодичностью 15 мин. Температура торфяной залежи на 8 уровнях до глубины 1 м регистрировалась автоматической станцией мониторинга температуры почвогрунтов "М0ДУЛ-Т" (0бъединенный институт геологии, минералогии и геофизики С0 РАН) [4]. Некоторые параметры окружающей среды (температура воздуха и поверхности торфяной залежи, уровень болотных вод, влажность торфа) определялись во время экспедиционных работ с помощью различных инструментов.

Результаты и обсуждение

Средняя многолетняя среднегодовая температура (1988—2007 гг.), рассчитанная по данным метеостанции Бакчар, расположенной в 30 км к востоку от пункта измерений, равна 0,53°С, среднеквадратическое отклонение (СК0) — 0,56°С. Средняя годовая температура варьирует от -0,35°С в 2006 г. до 1,74°С в 2007 г. Среднее годовое количество осадков составляет 488 ± 117 мм в год. Средняя продолжительность бесснежного периода — 193 сут. Средняя температура вегетационного периода (май — сентябрь) — 13,6 ± 0,7°С. 0коло 58% осадков (285 ± 91 мм) выпадает в течение вегетационного периода.

Годы исследования характеризуются разными условиями погоды. Средняя температура вегетационного периода в 2005—2007 гг. была выше по сравнению с 20-летней средней. Июнь и сентябрь 2006 г. были чрезвычайно теплыми (на 3,81 и 3,35°C выше нормы), но в августе средняя месячная температура была на 2,63°C ниже средней многолетней. Наиболее сухим был вегетационный период 2006 г. (189 мм осадков). 2007 г. характеризуется наибольшим количеством осадков в летнее время (416 мм), что в 1,5 раза больше по сравнению с нормой за 20-летний период (285 мм). Количество осадков в мае и июне 2007 г. было в 2 и 3 раза больше нормы, в результате чего летом 2007 г. наблюдались аномально высокие уровни болотных вод. Годы исследования могут быть охарактеризованы как нормальный (2005 г.), сухой (2006 г.) и влажный (2007 г.).

Сезонная динамика температуры воздуха, концентрации С02 в атмосфере и потока С02

Температура воздуха и эмиссия С02 имеют четко выраженный сезонный ход в течение вегетационных периодов 2005—2007 гг. Температура воздуха повышается с мая по июль, а затем понижается к сентябрю. Средняя температура июля — 20,2°C, температура мая и сентября — 9,4 и

Таблица 1

Среднее значение и стандартное отклонение (СКО) температуры воздуха (Г), концентрации СО2 в воздухе (С и эмиссии СО2 (Р) для разных месяцев

Год Месяц Число измерений т, °С С, млн 1 Г, мг С02/(м2 ■ ч)

среднее СКО среднее СКО среднее СКО

2005 VI 46 19,2 6,4 418 124 130,9 56,4

VII 48 20,3 5,7 527 111 69,5 29,2

VIII 51 19,0 7,5 544 131 115,5 40,2

IX 50 6,3 3,1 528 30 46,4 17,6

2006 V 42 12,5 6,8 450 51 81,4 47,8

VI 43 17,7 8,8 439 68 146,5 68,3

VII 53 20,4 6,5 510 161 198,2 59,8

VIII 55 12,8 7,3 485 119 184,2 55,2

IX 44 5,8 5,0 502 40 66,5 28,9

2007 V 43 8,0 5,2 492 58 66,9 36,5

VI 73 19,0 4,8 466 125 169,9 54,4

VIII 40 11,4 3,0 476 54 142,7 44,7

IX 46 5,5 5,1 527 72 76,6 22,8

9,9°С соответственно. Максимальная зарегистрированная температура составила 36,7°С (27 июля 2005 г.). Основные статистические данные измеряемых параметров для разных месяцев приводятся в табл. 1. Интенсивное выделение СО2 с поверхности торфяной залежи начинается в период весеннего снеготаяния. Летом интенсивность эмиссии СО2 увеличивается до июля и затем уменьшается. Увеличение потока СО2 обусловлено интенсивным дыханием растений, а также понижением уровня болотных вод, прогреванием деятельного слоя торфа и интенсификацией процессов разложения. Июль характеризуется высокой температурой воздуха и малым количеством осадков. Эмиссия диоксида углерода в сентябре имеет небольшие значения из-за низкой температуры воздуха и почвы.

Измеренные с помощью непрозрачной камеры потоки СО2 представляют суммарное дыхание почвы в результате разложения органического вещества и темнового дыхания растений. В настоящее время нельзя разделить поток СО2 на эмиссию в результате разложения торфа и дыхания сфагновых мхов. Таким образом, измеряется общая интенсивность эмиссии СО2 с поверхности торфяного болота, покрытого сфагновыми мхами, не включающая дыхание трав, кустарничков

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 «Геофизика»