РЕФЕРАТ-КЛУБ
Суточная динамика эмиссии СО2
с поверхности почвы ельника черничного
А. Машика
Научные интересы: содержание Сорг и динамика СО2 в почвах Леса, помимо важных ресурсных и экологических функций, выполняют роль крупного депо углерода, накопленного в живых растениях, их остатках различной степени деструкции, в гумусе и торфах. Большая роль в балансе углерода лесных экосистем отводится эмиссионному потоку СО2 с поверхности почвы, связанному с минерализацией опада и подстилки. Интенсивность выделения СО2 в основном определяется массой и скоростью минерализации, при этом режим СО2 специфичен для каждого фитоценоза. Еловые леса для Республики Коми являются зональным типом леса. Из 30 млн. га облесенной площади в республике 13 млн. га занимают леса с преобладанием ели [4]. В литературе освещены отдельные вопросы углеродного цикла в еловых фитоценозах [3, 5] и приведены в основном данные, характеризующие сток углерода в лесные экосистемы. Показано, что в хвойных насаждениях Северного района ежегодно депонируется 111.6 млн. тонн углерода, из них 45 % приходится на хвойные сообщества Республики Коми. Что касается изучения расходной статьи баланса углерода, выявлено [2], что в ельнике зеленомошном интенсивность почвенного дыхания за период вегетации изменяется от 0.15 до 0.60 гСО2·м-2·ч-1. При анализе динамики выделения углекислоты в течение вегетационного периода и в течение суток в среднетаежном спелом ельнике черничном отмечено, что эмиссия углекислоты достигает величины 0.1-0.64 гСО2·м-2·ч-1 [6]. Показано, что максимум выделения углекислоты (0.592 г·ч-1·м-2) приходится на 15 часов, минимум (0.176 г·ч-1·м-2) – на 21 час, что объясняется зависимостью биологических процессов почвы от температуры. В настоящее время в связи с возможностью использования в полевых условиях газоаналитических приборов, позволяющих вести непрерывное количественное измерение потоков СО2, продолжение исследований углеродного баланса почвы в лесах таежной зоны представляет большой интерес. Данная работа – начальный этап изучения динамики органического углерода в типичной подзолистой почве – включает рассмотрение некоторых аспектов суточной эмиссии СО2 с поверхности почвы в смешанном елово-лиственном насаждении за один сезон наблюдений. Материал был собран в июле, сентябре и октябре 2000 г. на Ляльском лесоэкологическом стационаре Института биологии Коми НЦ УрО РАН (Княжпогостский район, 62°25' с.ш. и 52°20' в.д.). Экспериментальный участок представлен хвойно-лиственным насаждением (генетически ельник черничный). Древостой имеет состав 3Е3С3Ос1Б+Пх, полнотой 1.0 и относится к III классу бонитета. Запас накопленной древесины составляет 365 м2·га-1. Почвы, развивающиеся под данным фитоценозом, представлены типичными подзолами на суглинистых почвообразующих породах. Характерной особенностью этих почв является отсутствие аккумулятивного гумусового горизонта и маломощность осветленного подзолистого горизонта А2 (5-10 см). Биологические процессы протекают в основном в подстилке и подзолистом горизонте, где и сосредоточены основные запасы углерода. Признаком почв данной экосистемы, несвойственным типичным подзолистым почвам, является наличие темно-серой окраски в подзолистом горизонте и образование темноокрашенного горизонта A0Ah. Почвообразующими породами являются моренные слабозавалуненные суглинки, с глубины 80-100 см повсеместно на исследованном участке встречаются карбонатные включения [1]. В задачу нашей работы входило определение интегральной эмиссии с поверхности почвы и установление закономерностей выделения СО2 во временной динамике в связи с изменением экологических факторов. Регистрацию потока СО2 с поверхности почвы осуществляли камеро-статическим методом с помощью открытой газометрической установки с респирационной камерой и системой прокачки воздуха. В качестве регистрирующего прибора применен инфракрасный газоанализатор Infralit-4. Расчет интенсивности эмиссии производили по формуле: где DС – изменение концентрации СО2 (мг·л–1), f – объемная скорость потока воздуха (л·ч-1), S – площадь поверхности под респирационной камерой (м2). На данном этапе работы использовали только затемненную камеру для определения суммарной эмиссии СО2 с учетом "почвенного" и растительного дыхания, но без вклада ассимиляции СО2 фотосинтезирующими растениями покрова. Камеру устанавливали на участок с однородным видовым составом и количеством растений травяно-кустарничкового и мохового покрова, характерным для данного ельника. Микрометеорологические исследования в фитоценозе проводили следующим образом. Температуру воздуха в камерах определяли электронным термометром (ТЭТ-Ц11), измерения температуры воздуха в атмосфере и почве проводили с помощью регистратора метеоданных Li-COR Li-1200. Интенсивность солнечной радиации определяли пиранометром, влажность воздуха – психрометром, влажность почвы – весовым методом. Атмосферное давление измеряли барометром-анероидом. Выделение углекислого газа с поверхности почвы является суммарным показателем, включающим биологическую деятельность микроорганизмов и растений. Количество СО2, выделяемое почвой, определяют как биологическими (темпом роста и развития растений и микроорганизмов, дыханием корней), так и экологическими (температурой, влажностью воздуха и почвы и др.) факторами. В связи с этим эмиссия СО2 с поверхности почвы имеет довольно четкую суточную динамику (рис. 1). Во всех случаях наблюдается понижение интенсивности выделения СО2 в дневные и повышение в вечерние и ночные часы. Вариабельность процесса составляла 25, 14 и 10 % соответственно 18.07, 22.09 и 11.10.2000 г. При этом отмечается видимое несоответствие эмиссии с суточным ходом температуры. Интенсивность потока СО2 с поверхности почвы в течение суток изменялась в следующих пределах: 0.51-1.20 (18 июля), 0.76-1.25 (22 сентября), 0.63-0.86 гСО2·м-2·ч-1 (11 октября). Причиной таких изменений эмиссии СО2 является изменение гидротермических условий почвы и лесной подстилки. Влияние влажности и температуры почвы отражается как на физических параметрах почвы (содержании воздуха, воздухопроницаемости, скорости диффузии газов), так и на интенсивности биологических процессов, протекающих в ней. Корреляционную зависимость интенсивности потока СО2 и гидротермических условий обнаруживали не всегда. Влажность лесной подстилки и почвы в еловом сообществе в периоды наблюдений была довольно высокой и в течение дня колебалась незначительно. Корреляционный анализ данных показал, что изменение влажности в течение суток практически не оказывало влияния на динамику выделения СО2. Суточное выделение углекислого газа с поверхности почвы в большей степени определяла температурная инерционность почвы. Однако четкой зависимости между эмиссией СО2 из почвы и ее температурой в большинстве случаев не выявлено. Только 11 октября (рис. 2) корреляционная связь при анализе оценена как сильная положительная (r = 0.82), в июле и сентябре – как слабая (соответственно r = 0.25 и 0.34). В заключение отметим, что для выяснения функциональных закономерностей эмиссии СО2 с поверхности почвы в суточной динамике, а тем более в сезонной, необходимо проводить дополнительное изучение, охватывая весь вегетационный период развития экосистемы. В целом же эта задача во всем многообразии достаточно сложна, в особенности из-за отсутствия хорошо разработанной методической базы для ее реализации. К тому же эмиссионная оценка СО2 с поверхности почвы дает не совсем полную информацию, так как далеко не весь газ, сформировавшийся в результате биологических процессов в верхней толще профиля почвы, будет выделяться именно на участке продуцирования и в данное время в атмосферу. Поэтому исследования в этом направлении на базе Ляльского лесоэкологического стационара будут продолжены. Литература 1. Биопродукционный процесс в лесных экосистемах Севера / Отв. ред. К.С. Бобкова, Э.П. Галенко. СПб.: Наука, 2001. 278 с. 2. Забоева И.В. Почвы и земельные ресурсы Коми АССР. Сыктывкар, 1975. 344 с. 3. Загирова С.В. Структура ассимиляционного аппарата и СО2-газообмен у хвойных. Екатеринбург, 1999. 108 с. 4. Леса Республики Коми / Под ред. Г.М. Козубова, А.И. Таскаева. М., 1999. 332 с. 5. Мартынюк З.П., Бобкова К.С., Тужилкина В.В. Оценка баланса углерода лесного фитоценоза // Физиол. растений, 1998. Т. 45. С. 914-918. 6. Фролова Л.Н. Интенсивность выделения углекислоты с поверхности почвы сосновых и еловых лесов // Тр. Коми фил. АН СССР. Сыктывкар, 1961. № 11. С. 123-129.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3682 посещений с 05.08.2002 |