ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2013, № 9, с. 1084-1094
ХИМИЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ
УДК 631.4
ЗАПАСЫ ПОЧВЕННОГО УГЛЕРОДА В ТУНДРОВЫХ И ТАЕЖНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЫ*
© 2013 г. А. В. Пастухов1, Д. А. Каверин1
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 167982, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28
e-mail: alpast@mail.ru Поступила в редакцию 14.09.2011 г.
Авторы посвящают данную работу светлой памяти Г.Г. Мажитовой, под руководством и при непосредственном участии которой были начаты исследования, положенные в ее основу.
Впервые определены средние значения запасов почвенного углерода для 12 почвенных групп по Реферативной базе почвенных ресурсов (World Reference Base, 2006) с использованием спутниковых снимков высокого пространственного разрешения (Landsat и Quickbird), проведенных собственных почвенных исследований (более 200 почвенных профилей) и почвенной базы данных на четырех ключевых участках. Три ключевых участка расположены в экотоне тундра—лесотунда и один — в средней тайге. Охарактеризовано пространственное распределение содержания почвенного углерода в различных подгруппах почв и генетических горизонтах, особенно в районах с очень мозаичным почвенно-растительным покровом. Среднее значение запасов почвенного углерода на первых трех мерзлотных ключевых участков составило 39.5 кг C/м2, из которых 28.7 кг C/м2 сосредоточено в верхнем (0—100 см) слое почвы. Запасы почвенного углерода на таежном участке равны 16.7 кг C/м2 в верхнем метровом слое почвы.
Ключевые слова: почвы, многолетняя мерзлота, расчет запасов углерода, тундра, лесотундра.
DOI: 10.7868/S0032180X13070083
ВВЕДЕНИЕ
Высокоширотные наземные экосистемы являются ключевыми компонентами глобального углеродного цикла [16, 20]. Для решения глобальных проблем необходимо международное сотрудничество и единый научный язык, поэтому в данной работе использована Международная реферативная база — в дальнейшем WRB [17]. Наибольшие запасы почвенного углерода аккумулированы в ИЬзИе Сгуо8ок (торфяно-глеевых мерзлотных почвах) и И181о8ок (торфяных мерзлотных почвах), где влияние многолетней мерзлоты уменьшает степень минерализации. Согласно недавним исследованиям [29], запасы почвенного углерода в верхних трех метрах в
* Работа выполнена при финансовой поддержке СARBO-№ 036993, Программы ОНЗ РАН № 14 "Состояние окружающей среды и прогноз ее динамики под влиянием быстрых глобальных и региональных природных и социально-экономических изменений" и Проекта № 12-Е-4-1004 "Формирование и функционирование почв криоли-тозоны европейского северо-востока в условиях изменения климата и антропогенных воздействий".
**Здесь и далее использована корреляция наименований типов почв, приведенная в Атласе почв Республики Коми [1].
мерзлотных регионах Северного полушария составили 1024 млрд т, из которых в Cryosols (глее-вых мерзлотных почвах), в том числе Histic Cryosols (торфяно-глеевых мерзлотных почвах), содержится 278 млрдт и в Histosols (торфяных мерзлотных почвах) 634 млрд т (всего проанализировано 3530 почвенных профилей, размер почвенного полигона 259 км2).
Согласно большинству современных климатических сценариев к концу XXI в. ожидается повышение среднегодовой температуры на 4—7°C и увеличение количества зимних осадков [10, 11, 23, 24, 28]. При этом условия окружающей среды в высоких широтах наиболее чувствительны к глобальному потеплению.
На европейском северо-востоке в течение последних 15 лет глубина деятельного (сезонно-тало-го) слоя постоянно возрастала, при этом увеличение глубины сезонно-талого слоя на площадках CALM (программа Циркумполярного мониторинга деятельного слоя) в регионе значимо на 95-процентном уровне вероятности коррелировало с изменением индекса протаивания [5].
Рис. 1. Карта участков исследований.
В связи с вышеизложенным изменения регионального углеродного баланса в северных широтах, возможно, станут пусковым механизмом климатических изменений не только в регионе, но и в Европе, и мире в целом. Возможные изменения включают в себя продвижение на север границы леса, что меняет углеродный сток и альбедо поверхности; вызывает таяние многолетней мерзлоты и вследствие этого минерализацию гумуса, увеличение эмиссии парниковых газов, оподзоливание и речной вынос органического вещества.
Известно, что запасы почвенного углерода в мерзлотных регионах очень высоки, и углерод, законсервированный в мерзлоте, легко минерализуется при оттаивании почвы. Значительно меньше известно о распределении углерода в
компонентах различных экосистем и природных зон [19, 27]. На данном этапе исследований существует ряд работ, характеризующих запасы и распределение почвенного углерода на европейском Севере, но они имеют достаточно низкое пространственное и тематическое разрешение [6, 14, 19, 21]. В данной работе мы впервые используем пространственное разрешение свыше 30 м. На основе спутниковых снимков среднего (Landsat, 15 м на 1 пиксель) и крупного (QuickBird, 0.61 м на 1 пиксель) разрешения, проведенных собственных почвенных исследований (более 200 почвенных профилей), почвенной базы данных, имеющейся в литературных и архивных источниках Института биологии, были построены крупномасштабные почвенные карты (масштаба 1 : 25 000) и определены запасы почвенного углерода трех ключевых участков, наиболее типичных для южной тундры и лесотундры, и одного ключевого участка, расположенного в средней тайге. Последний ключевой участок был выбран в связи с тем, что современные климатические условия средней тайги сопоставимы с ожидаемыми прогнозируемыми климатическими изменениями, которые произойдут на первых трех ключевых участках к концу XXI в.
ОБЪЕКТЫ
Район исследований находится на северо-востоке Европейской России и характеризуется умеренно-континентальным умеренно-холодным климатом (рис. 1, табл. 1). Изучаемая территория представляет собой низменную холмистую равнину с абсолютными высотами от 80 до 190 м над ур. м., перекрытую мощным слоем четвертичных отложений. Участки исследований приурочены к бассейнам рек Большая Роговая (два участка) и Сейда (один участок) (притоки р. Уса Печорского речного бассейна), а также один участок Ляли, расположенный в подзоне средней тайги, в бассейне р. Ачим (приток р. Вымь Вычегодского речного бассейна).
Таблица 1. Климатическая характеристика участков исследований по данным ближайших метеостанций
Подзона
Метеостанция Среднегодовая температура воздуха, °С Средняя температура, °С Безморозный период, продолжительность, дни Число дней с температурой выше 10°С Сумма температур выше 10°
июль январь
Количество осадков за год, мм
Ерниковая тундра
Воркута
-6.2
Тундровая зона 12.0 -20.5 58
Таежная зона
48
574
548
Средняя Сыктывкар +0.4 16.7 -15.2 105 100 1454 560
тайга
Ель/ива
Травянистые ива сообщества /уууууу^ ^
Еловые-березовые Кустарничковая редколесья тундра
ФФУФФУФФУ
Торфяники
+++++++++++
Г
V
г
\ Многолетняя 4 ^ мерзлота ч
ч
Haplic Fluvisol
Humic Fluvisol
Stagnic Cambisol
Histic Gleysol
Histic Cryosql Stagnic (Reductaquic) Cambisol
Cryic Histosol
Река
Приречье
Первая голоценовая терраса
Рис. 2. Трансекта, отражающая разнообразие растительных, почвенных и мерзлотных условий (участок Роговая 2). Длина трансекты 1.2 км.
Первые три участка находятся в экотоне тундра—лесотундра с островной многолетней мерзлотой в южной части (Роговая 2 и Сейда) и со сплошной многолетней мерзлотой на севере (Роговая 1). Среднегодовые значения температур грунтов составляют от —0.5 до —2°С. В северной части района (участки Роговая 1) характерна сплошная многолетняя мерзлота, которая достигает значительной мощности (до 63—68 м), при этом температура мерзлых пород высокая и близка к 0°С, под торфяниками и подветренными склонами опускается до —2.5°С. Таликовые окна приурочены к руслам рек и ручьев и, вероятно, крупным озерам. Конфигурация верхней поверхности мерзлоты сложная и зависит от множества факторов: растительности, литологии пород, удаленности от водоемов и водотоков, гидрогеологического режима, мощности снегового покрова, форм рельефа и пр. Наблюдается перемежаемость участков сливающейся и несливающейся мерзлоты, причем преобладают последние. Участки Роговая 2 и Сейда находятся в области распространения островной мерзлоты (до 40—50%). Экотонные участки охватывают очень важные переходы в растительном покрове и развитии многолетней мерзлоты и являются наиболее чувствительными к изменению климата (Роговая 2 и Сейда). Бассейны рек Сейда и Б. Роговая имеют протяженные реликтовые торфяные плато эпохи климатического оптимума голоцена и термокарстовые комплексы.
На данных экотонных участках происходит переход от кустарничковых и ерниковых тундр к лесотундровым редколесьям и далее — к редкостойным северотаежным лесам, при этом строение и состав растительных группировок обусловлены влиянием экологических факторов (солярная и ветровая экспозиция, мощность снежного покрова, глубина залегания многолетней мерзлоты) (рис. 2). Северный предел произрастания лесной растительности в районах распространения многолетней мерзлоты обычно проходит по не-
мерзлотным речным долинам, но при этом нередко ель в бассейне р. Б. Роговая растет непосредственно на криосолях при близком залегании (<1 м) многолетней мерзлоты (неоднократные наблюдения Г.Г. Мажитовой и А.В. Пастухова). На северной границе проникновения леса Picea obovata наряду с Betula pubescens являются доминантными видами. Кустарники Salix spp. и травы произрастают вдоль ручьев и заболоченных низменностей. Открытые фены (мочажины) и реликтовые торфяники с термокарстовыми комплексами типичны для данной территории. На немерзлотных мочажинах доминирует Sphagnum spp., тогда как на сухих торфяных буграх (пальзах и торфяных плато) обычно преобладают кустарнички, мхи и лишайники. В открытой тундре произрастают листопадные кустарнички или Betula nana, лишайники и мхи.
Участок Ляли находится в области сезонного промерзания в среднетаежной подзоне (рис. 3). При наличии дренажа господствуют зеленомош-но-черничные еловые леса, класс бонитета III, IV,
V (в зависимости от условий произрастан
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.