ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 441, № 6, с. 845-849
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 630.161.32
ВЛИЯНИЕ НАБЛЮДАЕМЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ И ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ПОГОДНЫХ ЯВЛЕНИЙ НА ЭМИССИОННУЮ СОСТАВЛЯЮЩУЮ УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА В РАЗЛИЧНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ЮЖНО-ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ
© 2011 г. И. Н. Курганова, В. О. Лопес де Гереню, А. С. Петров, Т. Н. Мякшина, Д. В. Сапронов, В. А. Аблеева, В. Н. Кудеяров
Представлено академиком Г.А. Заварзиным 24.08.2011 г. Поступило 24.08.2011 г.
Изменения климата, наблюдаемые в настоящее время на значительной территории России, проявляются как в общем повышении температуры воздуха, так и в усилении засушливости климата [1]. Увеличение частоты засух и площади их проявления наблюдается не только в регионах с прогнозируемым снижением количества осадков, но и в областях, где вследствие изменений климата количество осадков имеет тенденцию увеличиваться [2]. Вероятность этого тренда в конце ХХ в. составила более 66% и сохраняется в текущем столетии [3]. Одно из негативных проявлений изменения климата — возрастание вероятности экстремальных погодных явлений. Так результаты моделирования показывают, что аномально высокие температуры, которые в 1961—1990 гг. в Европе случались раз в 20 лет, в XXI в. будут происходить гораздо чаще: почти каждый год — в южной Европе и каждый пятый год — в Скандинавии. Период повторяемости аномально интенсивных осадков за то же время в северной и центральной Европе в летний период уменьшается с 20 до 6—10 лет, а в Скандинавии в зимний период до 2—4 лет [4].
Следствием прогнозируемых и наблюдаемых климатических изменений на европейской территории России, большая часть которой находится в условиях умеренно-континентального климата, являются: уменьшение количества осадков в весенне-летний период, длительные засухи, чередующиеся с обильным выпадением осадков, смягчение зимних условий, которое выражается в более частой смене периодов промерзания и отта-
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения Российской Академии наук, Пущино Московской обл. Станция фонового мониторинга в Приокско-террасном биосферном заповеднике, п. Данки Московской обл.
ивания почвы [1]. Отрицательные последствия экстремальных погодных явлений могут проявляться не только в снижении первичной продуктивности ценозов [5, 6] и вследствие этого — уменьшении поступления растительных остатков в почву, но и в возможном усилении минерализации почвенного органического вещества, вызванного увлажнением почв после засух [7, 8].
В рамках классической и весьма актуальной в настоящее время проблемы влияния климата на растительность и почву необходимо понять насколько устойчивыми к изменению внешних условий являются основные компоненты ведущего биогеохимического цикла в наземных экосистемах — цикла углерода, который посредством обратных связей находится в тесном взаимодействии с изменениями климата [9]. Эмиссионная составляющая углеродного цикла, или общее почвенное дыхание (8Я) не только дает интегральную оценку функционирования микробного сообщества почвы и экосистемы в целом, но и весьма чутко реагирует на любые изменения гидротермического режима почв, отражающего современное состояние климатических условий в регионе. Настоящее исследование имело своей целью оценить влияние наблюдаемых климатических изменений и экстремальных погодных явлений на эмиссию СО2 из почв в различных экосистемах южного Подмосковья (южно-таежная зона). Данная задача была выполнена на основе сопряженного анализа трендов и аномалий основных климатических параметров (температуры воздуха и количества осадков) и эмиссионной составляющей углеродного цикла на месячном, сезонном и годовом уровнях осреднения.
Экспериментальные участки, на которых непрерывно с 1998 по 2010 г. велись круглогодичные наблюдения за интенсивностью выделения СО2 из почв, располагались на юге Московской области: на территории Приокско-террасного государственного биосферного заповедника (54о55'N 37°34' Е;
846
КУРГАНОВА и др.
Таблица 1. Оценки линейного тренда среднегодовых и среднесезонных значений температуры приземного слоя воздуха за 1976-2010 гг. и 1998-2010 гг.
Параметр Временной период
год холодный теплый зима весна лето осень
1976-2010 гг., 38 лет
Ь, ° С/год 0.04 0.04 0.05 0.04 0.032 0.06 0.04
А, °С 1.60 1.44 1.75 1.63 1.22 2.24 1.35
Я2 0.18 0.07 0.24 0.04 0.06 0.24 0.08
а 0.006 0.10 <0.005 0.22 0.135 <0.005 0.09
1998—201С гг., 13 лет
Ь, ° С/год 0.07 0.05 0.11 —0.13 0.12 0.11 0.19
А, °С 0.95 0.66 1.40 —1.66 1.57 1.38 2.53
Я2 0.21 0.03 0.27 0.07 0.15 0.10 0.39
а 0.12 0.61 0.07 0.36 0.19 0.31 0.02
Примечание. Ь — коэффициент линейного тренда, А — суммарное изменение температуры за указанный период, соответствующее линейному тренду, Я2 — коэффициент детерминации, а — уровень значимости.
дерново-слабоподзолистая супесчаная почва; лесной и луговой ценозы) и на бывшей опытно-полевой станции Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (54°20^, 37°37Е; серая лесная суглинистая почва; лесной и агро-ценозы). Общее почвенное дыхание, состоящее из суммарного дыхания почвы, подстилки и корней растений, определяли с интервалом в 7—10 дней, используя камерный статический метод [10]. Величину среднемесячной интенсивности почвенного дыхания рассчитывали как арифметическое среднее из 3—5 измерений, проведенных в течение этого месяца. Эмиссию СО2 из почв за год, отдельные его периоды (теплый: май—октябрь; холодный: ноябрь—апрель) и календарные сезоны (зима, весна, лето, осень) находили простым суммированием потоков СО2 за соответствующие месяцы.
С целью анализа тенденций в изменении величины эмиссионной составляющей углеродного цикла в связи с наблюдаемыми климатическими изменениями были построены линейные тренды и рассчитаны аномалии для 13-летних рядов экспериментально определенной величины БЯ в четырех экосистемах южно-таежной зоны на месячном, сезонном и годовом уровнях осреднения. Анализ метеоданных включал построение трендов и оценку аномалий за более длительный 38-летний период (1973—2010 гг.) метеонаблюдений на станции фонового мониторинга (СФМ) и за 13-летний цикл (1998—2010 гг.). Статистическая достоверность полученных трендов оценивалась методом наименьших квадратов по коэффициенту детерминации В2, показывающему какая доля дисперсии объясняется трендом, и критической значимости тренда а (наименьший уровень значимости, при
котором отвергается гипотеза об отсутствии тренда). Интенсивность и знак наблюдаемых трендов характеризовали с помощью коэффициента линейной регрессии, который соответствует средней (с шагом в 1 год) скорости изменения переменной. Аномалии величины 8Я для 13-летних рядов данных рассчитывали как отклонение от средних значений за тот же временной период. Аномалии климатических переменных за 38-летний ряд наблюдений на СФМ оценивали по отношению к 1980—1999 гг. — базовому периоду, который принят для исследования климатических изменений с помощью ансамбля моделей общей циркуляции атмосферы и океана [1].
В Четвертом оценочном докладе об изменениях климата [1] указывается, что за последнее столетие (1906—2006 гг.) суммарное среднее потепление на земном шаре было наиболее выражено с 1976 по 2006 г. и составило 0.57оС. На территории России в целом и на ее европейской части потепление в указанное тридцатилетие оценивается более существенной величиной — 1.33 и 1.51°С соответственно. Согласно нашим оценкам, в районе южного Подмосковья рост среднегодовой температуры воздуха (СТВ) за тот же период был еще выше и составил 1.80 ± 0.23оС. Проведенные расчеты показали, что в районе проведения исследований общее повышение температуры с 1973 по 2010 г. на 59% (или 0.95оС) было обусловлено положительным трендом изменения СТВ за последние 13 лет (1998—2010 гг.; табл. 1). Рост среднегодовой температуры в этот период происходил со средней скоростью Ь = +0.07оС/год (В2 = = 0.21; а = 0.12) и наблюдался во все календарные сезоны (кроме зимы), но наиболее значительное ее повышение было зарегистрировано в осенний период (Ь =
= +0.19оС/год; R2 = 0.39; а = 0.02; табл. 1). На месячном уровне осреднения наиболее выражены были положительные тренды изменения температуры воздуха в мае (b = +0.25оС/год; R2 = 0.20; а = 0.13), августе (b = +0.34оС/год; R2 = 0.60, а = = 0.002) и ноябре (b = +0.51оС/год; R2 = 0.39; а = = 0.02).
На фоне наблюдаемого потепления временные тренды изменения количества осадков за длительный (1973—2010 гг.) и более короткий (1998—2010 гг.) ряды метеонаблюдений были отрицательными во все календарные сезоны и за годовой период в целом, что свидетельствует о современной тенденции уменьшения суммы осадков в районе проведения исследований. Но значимость полученных трендов была невысокой (а > 0.10—0.20), и поэтому в настоящем исследовании полученные расчетные данные не приводятся. Тем не менее совместное влияние противоположно направленных трендов изменения температуры и количества осадков выразилось в наблюдаемом и значимом усилении засушливости климата на юге Московской области. В рамках настоящего исследования мерой засушливости служил гидротермический коэффициент (ГТК), рассчитанный для летнего периода как отношение суммы осадков за лето (мм) к сумме среднесуточных температур воздуха за это же время, уменьшенной в 10 раз.
Проведенные расчеты показали, что средний ГТК за 38 лет метеонаблюдений на СФМ составил 1.54 ± 0.44, при этом за последний 13-летний период, в течение которого проводился мониторинг эмиссии СО2 из почв, наблюдалось 4 года, в течение которых летний ГТК отклонялся от сред-немноголетнего более чем на величину стандартного отклонения (STD), т.е. практически каждый третий год характеризовался экстремально засушливым летом (рис. 1). Сумма аномалий летних значений ГТК, рассчитанных по отношению к базовому периоду (1980-1999 гг.), в 1973-1989 гг. была положительной и составила 1.80, а в 1990-2010 гг. она была отрицательной и существенно выше по модулю (-2.88), чем в предшествующий период, что свидетельствует о заметном усилении засушливости климата в южном Подмосковье после 1990 г. Анализ
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.