ДЫХАНИЕ – ОСНОВНОЙ ФАКТОР УГЛЕРОДНОГО БАЛАНСА В ЕВРОПЕЙСКИХ ЛЕСАХ

Обмен углерода между наземной биосферой и атмосферой – один из ключевых процессов, которые должны быть оценены в контексте Киотского протокола. Однако до публикации статьи тридцати авторов из девяти стран (Nature, 2000, V.404, P.861–865) не было прямых доказательств того, что европейские леса накапливают углерод. В рамках программы EUROFLUX были проведены исследования по определению нетто-обмена углерода экосистем в двадцати шести сайтах пятнадцати типов европейских лесов с использованием стандартных установок определения СО2-газообмена и программного обеспечения, позволяющих проводить измерения в течение длительного времени.

Как оказалось, годичный углеродный баланс в разных лесах варьирует в широких пределах: от накопления углерода в экосистемах 6.6 т С/га·год до его эмиссии около 1 т С/га·год. Полученные данные также показали значительное увеличение углеродного стока с уменьшением широты, в то время как брутто продукция (gross primary production, GPP) не зависит от широты. Мультивариантный статистический анализ влияния отдельных факторов (широта, выпадение осадков, тип экосистемы, высота над уровнем моря, средние годовые температуры, возраст древостоя, тип использования, индекс площади листьев) на нетто-продукцию экосистем (net ecosystem exchange, NEE) показал, что широта является единственной наиболее значительной переменной в данной модели (r2 = 0.55, P менее 0.001). Оказалось, что для высокоширотных лесов в целом характерны более низкие и более изменчивые темпы накопления углерода, чем для низкоширотных лесов. Например, в лесах, расположенных от 50° до 52° с.ш., накопление углерода варьирует от 1 т С/га·год до 5.4 т С/ га·год. В этой широтной полосе вариабельность можно связать с типом лесонасаждений, почвенными условиями и изменяющимися от континентальных до морских климатическими характеристиками.

Несмотря на большую изменчивость NEE брутто продукция (GPP) весьма консервативна среди сайтов и широт, что указывает на то, что другие компоненты углеродного баланса ответственны за наблюдаемую вариабельность углеродного обмена. Наблюдаемая вариабельность в NEE может быть объяснена затратами на дыхание экосистем (ecosystem respiration, RE) в нетто-обмене углерода. Отношение NEE/RE увеличивается с широтой. RE становится более важным показателем в северных сайтах, что и объясняет уменьшение в них NEE, известное ранее. В целом тренды GPP являются постоянными между сайтами, а годовое дыхание экосистем увеличивается с широтой, несмотря на общее уменьшение среднегодовых температур. Хорошо известно, что температура сильно влияет на дыхание почв и растений. Для отдельных сайтов полученные данные также указывают на значительную взаимосвязь между температурой и дыханием экосистемы как за короткий период времени, так и в сезонном масштабе. Однако если построить график зависимости RE от температуры по всем сайтам, зависимость оказывается незначительной, что указывает на то, что среднегодовая температура воздуха не является важным фактором, влияющим на дыхание экосистем в широтном направлении.

В лесах в общем дыхании экосистем главную роль выполняют корни и почвенная микрофлора. Почвы бореальных лесов по сравнению с почвами умеренной зоны имеют большее количество органического вещества в лабильной форме, способного к быстрому разложению. Эффективная температурная чувствительность разложения органического вещества почвы значительно выше в холодном, чем в теплом климате, и увеличение температуры в холодных регионах, вероятно, сильнее влияет на скорость разложения, чем нетто-первичная продукция. Также известно, что в северных широтах потепление происходит более, чем на 4 °С, в то время, как в южных широтах – менее. В результате этого на севере создаются непостоянные условия для органического вещества почвы. Поэтому происходит относительное увеличение дыхания на севере по сравнению с южными регионами.

Баланс углерода в конечном счете определяется интенсивностью протекания двух важных процессов: фотосинтеза и дыхания. Поэтому бореальные европейские экосистемы очень уязвимы к изменениям климата. Действительно, годовая вариабельность для этих высокоширотных сайтов ярко выражена, что проявляется в значительной изменчивости годичной NEE: в теплые зимы спелые бореальные лесонасаждения переключаются с накопления углерода на его эмиссию путем увеличения процесса дыхания.

Прямое измерение потоков углерода является полезным методом для выяснения процессов общего углеродного баланса наземных экосистем. Частичная оценка динамики углерода едва ли позволяет получать безошибочные выводы. Например, растительная биомасса постоянно увеличивается во всех сайтах EUROFLUX, хотя некоторые из этих сайтов имеют углеродный бюджет, близкий к нейтральному, а один из них даже теряет углерод. Поэтому использование сети по измерению углеродных потоков позволяет делать реалистические выводы по глобальному изменению углерода.

к.б.н. Л. Ковлер