Влияние ветровала на пространственно-временную изменчивость почвенных потоков СО2 в ельниках кислично-щитовниковых Центрально-Лесного заповедника
В исследовании выявлено влияние ветровала на пространственно-временную изменчивость почвенных потоков СО2 в представительных для южнотаежной зоны Центрального региона России столетних кислично-щитовниковых ельниках Центрально-Лесного заповедника.
Рубрика | Экономика и экономическая теория |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 18.05.2021 |
Размер файла | 910,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Влияние ветровала на пространственно-временную изменчивость почвенных потоков СО2 в ельниках кислично-щитовниковых Центрально-Лесного заповедника
Алилов Д.Р., Васенев И.И., Комарова Т.В.
РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
Аннотация
В результате проведенных мониторинговых исследований выявлено значимое влияние ветровала на пространственно-временную изменчивость почвенных потоков СО2 в представительных для южнотаежной зоны Центрального региона России столетних кислично-щитовниковых ельниках Центрально-Лесного заповедника со слабо-дерново-палево-подзолистыми почвами. Ветровальные почвенные комплексы и их структурные элементы (западины и бугры) являются основным фактором внутри-биогеоценотической изменчивости почвенных потоков СО2 в фоновых для Центра Европейской равнины кислично-щитовниковых ельниках ЦЛБГЗ. В условиях исследованных представительных ельников установлено доминирующее влияние на сезонную динамику потоков СО2 лимитирующего экологического фактора температуры верхних горизонтов почв при подчинённом влиянии лимитирующего фактора влажности почвы в периоды или в почвах с контрастными условиями увлажнения. Важным фактором детальной временной динамики почвенных потоков СО2 является суточная периодичность микроклиматических условий, что требует дополнительных исследований и необходимо будет учитывать при корректировке традиционно дневных мониторинговых измерений сезонной динамики СО2, с введением рассчитанных по результатам анализа суточной динамики поправочных коэффициентов. Узко локализованная во времени (дневные периоды лета 2017 года) и пространстве (столетний ельник кислично-щитовниковый ЦЛБГЗ) регрессионная модель зависимости интенсивности суточного потока СО2 от изменения температуры почвы, весовой влажности почвы и температуры приземного слоя атмосферы позволяет прогнозировать 75% от варьирования почвенного потока СО2 (R2 =0,75), но нуждается в дальнейшей верификации и расширении рамок своей локализации.
Ключевые слова: ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВ, ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ, ГЛОБАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА, ЭМИССИЯ СО2, ПОЧВЕННОЕ ДЫХАНИЕ, ОРГАНИЧЕСКИЙ УГЛЕРОД ПОЧВ, ДЕРНОВО-ПАЛЕВО-ПОДЗОЛИСТЫЕ ПОЧВЫ, ВЕТРОВАЛЬНАЯ СУКЦЕССИЯ ПОЧВ, ЦЕНТРАЛЬНО-ЛЕСНОЙ ЗАПОВЕДНИК
Введение
Одной из основных проблем современной экологии являются глобальные изменения климата и биоты [1]. Проблемы изменения климата связывают с возрастающей эмиссией парниковых газов. Основным регулируемым парниковым газом является углекислый газ [2-3]. Важную роль в регулировании потоков парниковых газов наземных экосистем играют почвы, которые обычно отвечают за 60-80 % эмиссии СО2 наземных экосистем [4-6].
На фоне повышенной антропогенной нагрузки на ландшафты Центрального региона России особый интерес представляют исследования природных лесных экосистем [7-10]. Интенсивность почвенной эмиссии СО2 в условиях природных лесных экосистем зависит от многих факторов: формы мезо- и микрорельефа, типа фоновой почвы, характера растительности, температуры воздуха, температуры и влажности почвы, - и подвержена повышенной сезонной и межсезонной динамике [11-14].
Основными объектами фонового экологического мониторинга, как правило, являются биосферные заповедники. Характерными для южнотаежных экосистем центра России являются ельники, которые отличаются значительным меж- и внутри-биогеоценотическим пространственным разнообразием [8, 9, 15, 16]. В центральной части Европейской территории России особый интерес в этом плане представляет Центрально-Лесной заповедник, история развития исследований экосистемных и почвенных потоков парниковых газов в котором составляет уже более 20 лет [6, 17].
Еловые экосистемы Центрально-Лесного заповедника традиционно являются местом стационарных исследований сопряженной средневременной динамики почв и растительных ценозов [7, 10, 17, 18], а также автоматически регистрируемых потоков СО2 над уровнем древесного полога и почвенного покрова лесных экосистем [19].
Цель работы - проведение комплексных почвенно-экологических исследований с оценкой влияния ветровала на пространственно-временную изменчивость почвенных потоков СО2 в характерных для природных южнотаежных экосистем Европейской части России кислично-щитовниковых ельниках Центрально-Лесного заповедника.
ветровал почвенный ельник заповедник
Объекты и методы
Центрально-Лесной заповедник расположен в юго-западной части Валдайской возвышенности, в пределах Каспийско-Балтийского водораздела Русской равнины. Территория заповедника представляет собой слабо всхолмленную равнину с колебаниями абсолютных высот от 220 до 280 м над уровнем моря (http://www.clgz.ru/). Здесь сохранился редкий для современной Европы комплекс разнообразных южнотаежных ельников без признаков предыдущих массовых рубок и распашки. С 2012 года здесь проводятся круглогодичные наблюдения за почвенными потоками парниковых газов на стационарных мониторинговых участках южно-таежного стационара Лаборатории агроэкологического мониторинга, моделирования и прогнозирования экосистем (ЛАМП) РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева [19], два из которых стали основными объектами данного исследования (табл. 1). Исследуемые участки ельников кислично-щитовниковых разновозрастного и столетнего находятся в верхней части пологих склонов юго-западной экспозиции, что обеспечивает им, преимущественно, автоморфные условия увлажнения.
На каждом из участков мониторинга исследовались фоновые объекты в кислично-щитовниковых парцеллах со слабо-дерново-палево-подзолистыми легкосуглинистыми почвами, подстилаемыми моренным суглинком, молодые и старые ветровальные западины и бугры с ветровально-усеченными и ветровально-усеченно-насыпными почвами разных стадий восстановления, характерными для фона аккумулятивно-элювиальных субпрофилей в ходе их ветровальных почвенно-растительных сукцессий [10].
Все объекты исследований расположены на однотипных элементах мезорельефа в сопоставимых геоморфологических и литологических условиях (диагностируются по плотности сложения почв), что позволяет давать обоснованные оценки влияния ветровала на почвенные потоки парниковых газов.
Полевые методы включали морфогенетическое исследование представительных почвенных профилей и периодические измерения почвенных потоков СО2 in situ методом высокочастотных измерений в напочвенных экспозиционных камерах высокочастотным мобильным газоанализатором Li-820, с сопряженными наблюдениями за температурой воздуха, почвенными режимами температуры и влажности: термометром Checktemp (Hanna, Германия) и датчиком влажности SM300 (Eijkelkamp, Нидерланды) - в повторности для каждой камеры от 3 до 5 (при выраженном варьировании), с усреднением для слоя почвы 0-10 см на расстоянии в 5 см от камеры.
Таблица 1. Краткая характеристика участков и объектов исследования
Участок: Объекты |
Локализация (координаты) |
Доминирующая растительность фона |
Профиль фоновой почвы |
|
Ельник кислично-щитовниковый разновозрастный: 1. Фон 2. Молодой ветровал 2 (неглубокий, возрастом 10-20 лет) 3. Молодой ветровал 1 (неглубокий, возрастом 20-30 лет) 4. Старый ветровал 1 (глубокий, возрастом 80-100 лет) 5. Старый ветровал 2 (глубокий, возрастом 80-100 лет) |
Квартал 81 (56°28'54''N 32°58'35''E) |
Ель европейская (Pнcea бbies) Дуб обыкновенный (Quеrcus robur), Береза повислая (Betula pendula) Папоротник (Dryуpteris fнlix-mas) Кислица обыкновенная (Oxalis acetosella L.) Щитовник мужской (Dryopteris filix-mas L.) |
O+4 - А02 - А14 - А2A19 -А2f?17- А2f??28-А2f???(c)33-А2ко42-А2B42-B1t65 -B2(t)90-BС120v |
|
Ельник кислично-щитовниковый столетний: 1. Фон 2. Молодой ветровал 2 (неглубокий, возрастом 10-20 лет) 3. Молодой ветровал 1 (неглубокий, возрастом 30-40 лет) 4. Старый ветровал 2 (глубокий, возрастом 50-60 лет) 5. Старый ветровал 1 (глубокий, возрастом 150 лет) |
Квартал 91 (56°26'52''N 32°54'08''E) |
Ель европейская (Picea abies) Клён остролистный (Acer platanoides) Кислица обыкновенная (Oxalis acetosella L.) Щитовник мужской (Dryopteris filix-mas L.) |
O+4 - А02 - А15 - А2A18-А2f?19- А2f??30-А2f???(c)35-А2ко44-А2B45-B1t67-B2(t)90-BС120v |
Плотность сложения почвы определяли весовым методом. Воздушно-сухие образцы почвы после удаления корней были просеяны через сито (D = 1 мм) для определения физико-химических свойств. Навески образцов для определения содержания гумуса (органического С) растирались в агатовой ступке и дополнительно просеивались через сито (D = 0.5 мм). Содержание гумуса определяли по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО.
Результаты и обсуждение
Почвенный покров на ключевом участке абсолютно разновозрастного ельника кислично-щитовникового представлен дерново-подзолистыми почвами, которые характеризуются существенным внутри-биогеоценотическим разнообразием по степени развития гумусово-аккумулятивного и переходных горизонтов, выраженности оглеения, кислотности, содержанию гумуса и подвижных форм фосфора и калия (табл. 2).
Таблица 2. Краткая характеристика почв исследуемых объектов разновозрастного ельника кислично-щитовникового
Объект |
Горизонт |
Глубина, см |
Гумус, % |
pHH2O |
pHKCL |
P2O5, мг/кг |
K2O, мг/кг |
Гидр. кисл H, мг-экв. |
|
Фон |
А1` |
0-5 |
5,35 |
4,29 |
3,76 |
256 |
81,4 |
16,2 |
|
А2А1 |
5-11 |
2,54 |
4,5 |
3,8 |
268 |
30,2 |
11,2 |
||
А2f' |
11-20 |
1,13 |
5,03 |
4,63 |
123 |
25,3 |
4,14 |
||
А2f'' |
20-28 |
0,75 |
4,96 |
4,42 |
125 |
25,1 |
3,87 |
||
А2f'''(c) |
28-34 |
0,63 |
4,92 |
4,43 |
124 |
25,0 |
3,79 |
||
IIА2В(g) |
34-42 |
0,35 |
5,07 |
4,27 |
120 |
38,0 |
3,05 |
||
IIВ1 t(g) |
42-65 |
0,29 |
5,08 |
4,06 |
116 |
60,1 |
7,11 |
||
Западина молодого ветровала 1 (20-30 лет) |
А2h(g) |
2-8 |
2,13 |
4,84 |
4,29 |
66 |
47,1 |
4,61 |
|
А2g |
8-23 |
0,96 |
5,08 |
4,17 |
92 |
48,9 |
3,56 |
||
IIА2Вg |
23-40 |
0,92 |
5,25 |
4,06 |
156 |
38,5 |
5,73 |
||
Западина старого ветровала 2 (8-100 лет) |
А1А2 h(g) |
0-7 |
2,91 |
5,19 |
4,11 |
233 |
53,0 |
9,84 |
|
А2А1 h(g) |
7-15 |
1,48 |
4,78 |
4,16 |
91 |
43,8 |
4,92 |
||
А2h (g) |
15-24 |
1,21 |
4,61 |
4,14 |
94 |
52,7 |
7,28 |
||
IIА2В(g) |
24-40 |
0,80 |
4,94 |
4,26 |
233 |
48,0 |
4,92 |
||
Бугор молодого ветровала 1 (20-30 лет) |
А1А2ф |
0-12 |
1,88 |
5,2 |
3,14 |
206 |
52,4 |
17,3 |
|
А2А1ф |
12-33 |
1,13 |
4,24 |
3,53 |
85 |
43,7 |
13,9 |
||
(А1п) |
25-33 |
1,58 |
4,7 |
4,45 |
85 |
53,7 |
н/о |
||
А2h (g) |
3-45 |
0,82 |
4,69 |
4,06 |
86 |
40,9 |
11 |
||
А2g |
45-65 |
0,65 |
4,95 |
4,18 |
95 |
41,2 |
5,73 |
||
IIА2В(g) |
65-75 |
0,57 |
4,83 |
4,01 |
98 |
57,4 |
5,73 |
||
IIВ1t(g) |
75-100 |
0,50 |
5,01 |
3,81 |
165 |
64,6 |
8,28 |
||
Бугор старого ветровала 1 (80-100 лет) |
А1А2 |
0-10 |
1,93 |
4,45 |
3,65 |
207 |
57,5 |
13,9 |
|
А2А1 |
10-20 |
1,13 |
4,1 |
4,01 |
205 |
26,7 |
12,5 |
||
А2А1f |
20-40 |
1,76 |
4,64 |
3,89 |
150 |
64,1 |
9,04 |
||
А1А2p |
40-45 |
1,90 |
4,40 |
3,76 |
114 |
67,8 |
14,2 |
||
А2А1p |
45-53 |
1,42 |
4,84 |
3,95 |
92 |
49,1 |
9,73 |
||
А2h(g) |
53-75 |
1,15 |
5,15 |
4,18 |
156 |
35,6 |
9,84 |
||
IIА2В(g) |
75-90 |
0,80 |
4,94 |
4,26 |
233 |
48,0 |
4,92 |
Их элювиально-иллювиальный (IIА2В(g)) и первый текстурно-иллювиальный (IIВ1t(g)) горизонты сформировались во втором литологическом слое красной, опесчаненной и, преимущественно, тяжелосуглинистой московской морены, глубина залегания которой не сильно варьирует в автономных ландшафтах Центрально-Лесного заповедника.
Усеченные и устойчиво переувлажненные почвы молодых ветровальных западин характеризуются быстрым развитием оторфованного и/или перегнойного горизонта, ярко выраженным оглеением и активной пропиткой верхних минеральных горизонтов потечным гумусом на фоне некоторого углубления глееватых после вывала элювиальных (А2h (g) ) и переходных (IIА2В(g)) горизонтов. Содержание гумуса в них, в среднем, в 2 раза выше их фоновых аналогов (табл. 2), что отражает активно идущий на фоне устойчивого переувлажнения и менее кислой реакции среды процесс аккумуляции потечного гумуса. В старых ветровальных западинах качественные различия с фоном постепенно сглаживаются по мере формирования новых гумусово-аккумулятивных и переходных аккумулятивно-иллювиальных горизонтов, но и спустя 80-100 лет после вывала сохраняются пониженная мощность элювиального субпрофиля, повышенное содержание гумуса и сильнее фонового выраженное оглеение в его подзолистом и углубленном элювиально-иллювиальном горизонтах.
Погребенный и частично усеченный субпрофиль почвы ветровальных бугров ведет себя, в основном, аналогично почве соседней западины. В насыпном профиле, по мере его стабилизации и постепенной гомогенизации материала насыпи, начинают формироваться новые гумусово-аккумулятивные и переходные аккумулятивно-элювиальные горизонты, длительно сохраняющие повышенную мощность и остаточные признаки ветровальной турбации и обогащения грубым органическим материалом, которые ярко выражены и в ветровальных буграх 80-100 лет.
Почвенный покров на ключевом участке с ельником столетним кислично-щитовниковым также представлен слабо-дерново-палево-подзолистыми почвами с разной выраженностью оглеения и ветровальных нарушений (табл. 3), которые широко распространены здесь после массового ветровала столетней давности, следствием которого и является более молодой характер доминирующего на участке древостоя.
Таблица 3. Краткая характеристика почв исследуемых объектов столетнего ельника кислично-щитовникового
Объект |
Горизонт |
Глубина, см |
Гумус, % |
pHH2O |
pHKCL |
P2O5, мг/кг |
K2O, мг/кг |
Гидр.кисл H, мг-экв. |
|
Фон |
А1 |
0-5 |
3,71 |
4,43 |
3,55 |
118 |
45,9 |
15,2 |
|
А2А1 |
5-10 |
2,62 |
4,45 |
3,42 |
94 |
35,6 |
12,5 |
||
А2f' |
10-22 |
0,93 |
4,96 |
4,17 |
89 |
34,8 |
4,42 |
||
А2f'' |
22-28 |
0,81 |
5,1 |
4,19 |
87 |
46,8 |
4,42 |
||
А2f'''(c) |
28-38 |
0,59 |
5,19 |
4,14 |
128 |
25,7 |
3,40 |
||
IIА2В(g) |
38-55 |
0,37 |
5,75 |
4,71 |
158 |
57,5 |
1,52 |
||
IIВ1t(g) |
55-75 |
0,32 |
5,59 |
5,3 |
143 |
72,4 |
1,01 |
||
Западина молодого ветровала 2 (10-20 лет) |
А2h(g) |
1-7 |
2,35 |
5,08 |
4,27 |
252 |
36.0 |
4,42 |
|
А2g |
7-14 |
1,84 |
5,24 |
4,40 |
100 |
33,1 |
3,05 |
||
IIА2Вg |
4-30 |
0,9 |
5,91 |
4,42 |
94 |
41,9 |
2,31 |
||
IIВ1t,g |
30-45 |
0,52 |
5,96 |
4,41 |
102 |
39,3 |
1,98 |
||
Западина молодого ветровала 1 (30-40 лет) |
А2А1 h(g) |
1-7 |
2,48 |
5,59 |
4,23 |
266 |
43,7 |
2,11 |
|
А2 h,g |
7-15 |
1,8 |
4,86 |
4,04 |
205 |
51,7 |
6,38 |
||
IIА2Вg |
15-35 |
0,94 |
4,96 |
4,16 |
142 |
43,2 |
3,71 |
||
IIВ1t,g |
35-50 |
0,67 |
5,56 |
4,14 |
142 |
43,2 |
4,61 |
||
Западина старого ветровала 2 (50-60 лет) |
А2А1 h(g) |
1-7 |
2,04 |
4,89 |
3,98 |
102 |
40,0 |
2,62 |
|
А2 h,g |
7-18 |
1,6 |
5,16 |
4,52 |
27 |
93,3 |
2,46 |
||
IIА2Вg |
18-35 |
0,97 |
5,64 |
4,44 |
130 |
42,0 |
2,16 |
||
IIВ1t,g |
35-50 |
0,8 |
5,54 |
4,31 |
105 |
30,1 |
3,05 |
||
Бугор молодого ветровала 1 (30-40 лет) |
А1А2ф |
1-6 |
1,82 |
4,57 |
3,54 |
259 |
21,3 |
13,1 |
|
А2А1ф |
6-12 |
1,44 |
4,48 |
3,53 |
105 |
71,9 |
12,0 |
||
(А1п) |
28-35 |
2,32 |
4,71 |
3,82 |
194 |
113 |
6,11 |
||
А2h (g) |
35-45 |
1,35 |
5,17 |
4,29 |
162 |
40,1 |
6,69 |
||
А2g |
45-62 |
1,26 |
5,14 |
4,45 |
137 |
39,5 |
5,03 |
||
IIА2В(g) |
62-75 |
0,88 |
5,32 |
4,49 |
138 |
36,2 |
4,05 |
||
IIВ1t(g) |
75-90 |
0,62 |
5,06 |
4,05 |
169 |
33,2 |
5,48 |
||
Бугор старого ветровала 2 (50-60 лет) |
А1А2ф |
1-6 |
1,91 |
4,37 |
3,54 |
195 |
102,1 |
15,8 |
|
А2А1ф |
6-12 |
1,05 |
4,52 |
3,53 |
99 |
67,1 |
16,2 |
||
А2ф |
12-33 |
4,7 |
4,2 |
51 |
38,4 |
5,73 |
|||
(А1п) |
30-35 |
1,95 |
5,87 |
4,9 |
206 |
45,8 |
4,61 |
||
А2h (g) |
33-42 |
1,07 |
4,4 |
3,43 |
91 |
34,3 |
17,3 |
||
А2g |
42-62 |
1,02 |
5,07 |
4,29 |
188 |
70,6 |
6,20 |
||
IIА2В(g) |
62-75 |
0,65 |
5,94 |
5,16 |
111 |
23,0 |
1,86 |
Почвы фоновых кислично-щитовниковых парцелл с хорошо развитым профилем модер-гумусовой слабо-дерново-палево-подзолистой почвы очень близки фоновым аналогам предыдущего участка с абсолютно разновозрастным ельником. Отличаются от них только несколько повышенным содержанием гумуса в гумусово-аккумулятивной части элювиального субпрофиля и пониженным содержанием подвижного фосфора - возможно, в связи с более активным развитием здесь древесного подроста.
Общие тренды и скорости сукцессионно-ветровального развития аккумулятивно-иллювиальных субпрофилей в усеченных почвах западин также близки ветровальным почвенным комплексам разновозрастного кислично-щитовникового ельника. Уже к 50-60 годам в неглубоких ветровальных западинах развиваются профили слаботорфянистых или перегнойных болотно-подзолистых почв с переходными аккумулятивно-иллювиальными и потечно-гумусовыми элювиальными горизонтами, отличающимися от фоновой почвы достоверно меньшей (на 10-20 см) мощностью элювиального субпрофиля, повышенным (в 1,5-2 раза) содержанием гумуса в его основных горизонтах, ярко выраженным оглеением его подзолистого и углубленного после вывала элювиально-иллювиального горизонта.
Скорости постветровального развития насыпных, погребенных и частично усеченных субпрофилей почв ветровальных бугров также принципиально аналогичны почвам ветровальных комплексов разновозрастного ельника. Локально ярко выраженные на границе погребения и литологических наносов иллювиальные максимумы потечного гумуса, подвижных форм фосфора и калия, гидролитической кислотности косвенно свидетельствуют об активно идущих процессах их вертикального перераспределения вниз по профилю, что способствует углублению активной зоны современного выветривания, почвообразования и биогеохимического круговорота.
Выявляемые в сукцессионных хронорядах сопоставимых разновозрастных западин и бугров ветровальных почвенных комплексов скорости современного накопления и трансформации соединений органического углерода в верхних горизонтах почв могут быть сопоставлены c результатами прямых периодических мониторинговых наблюдений in situ за почвенными потоками с поверхности почв различных сукцессионных стадий, которые мы проводили круглогодично с июня 2016 по май 2018 года на представительных объектах разновозрастного и столетнего ельников кислично-щитовниковых (рис. 1 и 2).
Рис. 1. Сезонная динамика почвенных потоков углекислого газа на объектах исследования в ельнике абсолютно разновозрастном кислично-щитовниковом
Условные обозначения: В - ветровал, М - молодой, С - старый, б - бугор, з - западина, 1 или 2 - повторность исследуемых вывалов одной группы.
Рис. 2. Сезонная динамика почвенных потоков углекислого газа на объектах исследования в ельнике столетнем кислично-щитовниковом
Условные обозначения: В - ветровал, М - молодой, С - старый, б - бугор, з - западина, 1 или 2 - повторность исследуемых вывалов одной группы.
Наблюдения за эмиссией СО2 2016-2018 гг. на исследуемых объектах кислично-щитовниковых ельников разновозрастного и столетнего показали значительную пространственную и временную изменчивость абсолютных значений и относительного вклада (рис. 1 и 2) в годичную эмиссию СО2 почв разных элементов и стадий развития ветровальных комплексов, а также сезонов и погодных условий конкретного года.
Как и следовало ожидать, основным фактором временной динамики суточной интенсивности почвенной эмиссии СО2 являются ярко выраженные в южно-таежных ельниках сезонные изменения температуры и условий увлажнения. При этом большое значение имеют особенности сезонной дифференциации температуры воздуха и осадков в условиях конкретного года (табл. 4).
Таблица 4. Краткая характеристика погодных условий 2016 и 2017 годов на фоне среднемноголетних климатических данных метеостанции Центрально-лесного заповедника
Месяц |
Среднемесячная температура воздуха, °С |
Месячная сумма осадков, мм |
|||||
2016 год |
2017 год |
Средняя за 1965-2016 гг. |
2016 год |
2017 год |
Средняя за 1965-2016 гг. |
||
1 |
- 12,2 |
- 8,0 |
- 8,3 |
75,5 |
58,5 |
49,3 |
|
2 |
- 1,6 |
-5,4 |
- 7,7 |
52,1 |
43,5 |
39,8 |
|
3 |
- 1,6 |
0,8 |
- 2,6 |
47,9 |
54,9 |
41,5 |
|
4 |
6,0 |
3,1 |
4,6 |
75,3 |
67,5 |
37,4 |
|
5 |
13,3 |
9,2 |
11,6 |
75,3 |
48,1 |
65,8 |
|
6 |
16,1 |
12,5 |
15,0 |
66,5 |
118,7 |
78,2 |
|
7 |
18,1 |
15,4 |
17,0 |
126,3 |
115,2 |
91,7 |
|
8 |
16,2 |
16,1 |
15,1 |
78,7 |
85,8 |
81,6 |
|
9 |
10,2 |
11,0 |
9,9 |
57,9 |
88,1 |
72,2 |
|
10 |
2,8 |
3,6 |
4,1 |
74,3 |
111,7 |
70,3 |
|
11 |
- 3,5 |
- 0,4 |
- 1,6 |
80,0 |
56,2 |
64,0 |
|
12 |
- 4,2 |
- 1,4 |
- 5,9 |
54,6 |
106,4 |
62,4 |
|
За год |
5,0 |
4,8 |
4,3 |
864,4 |
954,6 |
754,2 |
Сопоставление краткой характеристики погодных условий за 2016 и 2017 годы исследований с усредненными за 52 года среднемноголетними климатическими данными метеостанции Центрально-Лесного заповедника показывает значительное варьирование условий между ними - на фоне общего тренда повышения температуры и осадков, что в целом характерно для Центрального региона России [6].
Значительно более теплый 2016 год, с устойчивым превышением среднемноголетних среднемесячных температур воздуха с мая по август не менее, чем на 1°С, характеризуется значительно более высоким (до полутора раз) уровнем средней эмиссии СО2 из почвы в эти месяцы - по сравнению с прохладным летом 2017 года (см. рис. 1 и 2). Причем последействие сказалось и на повышенной почвенной эмиссии СО2 в первой половине осени с температурой воздуха, близкой к среднемноголетней.
Прохладное лето 2017 года со средними температурами июня и июля на 1,5-2,5 °С ниже среднемноголетних значений при превышении среднемноголетних месячных сумм осадков на 30-50 % характеризовалось существенно более низкими значениями почвенной эмиссии СО2 не только в летние, но и в осенние месяцы.
Принципиально близкие значения усредненных по сезонам почвенных потоков СО2 для трех фоновых объектов исследования с типоморфными кислично-щитовниковыми парцеллами (один в абсолютно разновозрастном ельнике и два - в столетнем ельнике) демонстрируют достаточно высокую точность и пространственную воспроизводимость проведенных мониторинговых наблюдений.
Максимальные различия в пространственных рядах мониторинга наблюдаются при сравнении с почвами фоновых парцелл ветровально усеченных почв западин. В случае молодых западин нередко отмечается снижение среднего для летнего сезона уровня почвенной эмиссии СО2 на 40-70 %, что хорошо согласуется с отмеченной ранее быстрой скоростью накопления свежего потечного гумуса в верхних горизонтах их почв (см. табл. 1 и 2). С возрастом западин различия с фоном постепенно сглаживаются, но сохраняются более 100 лет, в определенной степени повышая уровень стока углерода атмосферы в исследованном типе экосистем ельника, характерном для южно-таежной зоны Центральной России.
В случае почв ветровальных бугров различия выражены слабее и могут иметь разнонаправленный характер. Если в условиях теплого лета 2016 года почвы большинства исследованных ветровальных бугров отличались пониженной эмиссией СО2, то в условиях прохладного и очень влажного лета 2017 года они лучше прогревались, быстрее дренировались и в половине объектов показывали более высокие уровни эмиссии. Аналогичные закономерности характерны для осенних периодов с сезонным понижением температуры и повышением влажности исследуемых почв, когда уровень почвенной эмиссии СО2 на лучше прогреваемых ветровальных буграх может приближаться к их средним летним значениям (см. объекты МВ1б и СВ2б на рис. 2).
На ярко выраженную сезонную динамику почвенной эмиссии СО2 в исследованных ельниках накладывается менее очевидная, но вполне значительная суточная динамика почвенных потоков СО2, исследованная нами в июле 2016 года (рис. 3 и 4) на фоне общего высокого уровня почвенного дыхания. Измерения проводились in situ каждые 3 часа в соответствии с протоколом, представленным нами ранее (в разделе «объекты и методы»). В начале июля максимум суточной динамики характерен для почв фоновой парцеллы и старого ветровального бугра с наиболее высокими значениями средней эмиссии: перепад между дневным максимумом (28,51 г СО2/м2 в час) и ночным минимумом превысил 5 г СО2/м2 в час, что составляет почти 20% от традиционно получаемых дневных значений. В случае молодого ветровального бугра относительная величина максимального перепада суточной динамики превысила 30% от максимальных дневных значений.
Рис. 3. Летняя суточная динамика почвенной эмиссии СО2 в ельнике разновозрастном кислично-щитовниковом ЦЛГБЗ в начале июля 2016 года
Суточный ход почвенной эмиссии углекислого газа хорошо согласуется с суточной динамикой температуры верхних почвенных горизонтов, но не совпадает с гораздо более слабо выраженной суточной динамикой влажности почв. Почва на изучаемых участках максимально прогревается с 11:30 до 20:30 часов до 18,2-18,5 0С. Минимальная летняя температура почвы отмечалась в 8:30 - 150С.
В конце июля при наблюдениях в ельнике столетнем кислично-щитовниковом была установлена еще более сильно выраженная суточная динамика почвенного потока СО2 (рис. 4). Максимальная эмиссия СО2 (36,6-43,1 г СО2/ м2 в час) наблюдалась между 11 и 14 часами на ветровальных буграх (МВ1б и СВ2б) и фоновых участках. Далее величина эмиссии падала - наиболее существенно (почти в 2 раза) в случае отмеченных ветровальных бугров, где она достигала своего минимума в 5 часов утра (менее 20 г СО2/ м2 в час).
Суточные максимумы и спады эмиссии углекислого газа в конце июля выражены значительно лучше, чем в начале июля (особенно в случае почв ветровальных бугров) - в связи с более контрастным суточным ходом температуры воздуха, которая имеет очень большое значение в регулировании активности микробиоты органогенных горизонтов почв. Максимально воздух прогревался в 14 часов дня до температуры 20,80С в западинах и 21,60С на буграх (эффект ветровального «окна» в древесном пологе). Затем воздух охлаждался до 14-14,5 0С в 5 часов. Максимальный прогрев почвы приходился на время 17 и 20 часов в зависимости от расположения участка и составлял 17,60С. Наименьшая температура наблюдалась на участке СВ2з в 5:00 - 15,20С.
Рис. 4. Летняя суточная динамика почвенной эмиссии СО2 в ельнике столетнем кислично-щитовниковом ЦЛГБЗ в конце июля 2016 года
Системный анализ влияния температуры верхних горизонтов почвы на почвенную эмиссию СО2 выявил наличие достаточно сильной корреляционной зависимости. В абсолютно разновозрастном ельнике с повышенной неоднородностью почвенного и растительного покрова она составила летом 2017 года R=0.65. В столетнем ельнике - варьировала от R=0.66 летом до R=0.72 и 0,70 весной и осенью. Влияние лимитирующего фактора влажности почв, как правило, выражено слабее, но влажным прохладным летом 2017 года оно составило R= -0.80 для обоих вариантов исследуемых еловых экосистем.
Локализованная во времени (дневные периоды лета 2017 года) и пространстве (столетний ельник кислично-щитовниковый ЦЛБГЗ) регрессионная модель зависимости интенсивности суточного потока СО2 от изменения температуры почвы (TS), весовой влажности почвы (W) и температуры приземного слоя атмосферы (TА):
P [г СО2/м2 в сутки] = 231,24 + 7,05*TS - 0,9*W - 14,3*TA,
- позволяет прогнозировать 75% от варьирования почвенного потока СО2 (R2 =0,75) в диапазоне значений температуры воздуха 20,5-21,3 °С, температуры почв 14,35-16 °С, влажности почвы 15,88-26,44 %, но, безусловно, нуждается в дальнейшей верификации и расширении рамок своей локализации.
Заключение
Проведённые исследования почвенных потоков СО2 в кислично-щитовниковых ельниках ЦЛГБЗ показали их ярко выраженную сезонную динамику с 2-4-хкратным превышением усредненных летних потоков (20,32-27,1 г СО2/ м2 в сутки) над весенними и осенними (4,5-14,3г СО2/м2 в сутки). Минимальные потоки СО2 в исследованных ельниках отмечались в зимний период в западинах молодых ветровалов (0,5-0,52 г СО2/м2 в сутки).
Основным фактором внутрибиогеоценотической изменчивости почвенных потоков парниковых газов в характерных для Европейской равнины ельниках Центрально-Лесного заповедника являются ветровальные почвенные комплексы. Максимальная эмиссия СO2 исследуемых дерново-подзолистых почв наблюдается в летний период на буграх старых ветровалов и в фоновых парцеллах: до 30,5-35,2 г СО2/м2 в сутки.
В случае молодых западин нередко отмечается снижение среднего для летнего сезона уровня почвенной эмиссии СО2 на 40-70 %, что хорошо согласуется с быстрой скоростью накопления свежего потечного гумуса в верхних горизонтах их почв. С возрастом западин различия с фоном постепенно сглаживаются, но сохраняются более 100 лет, заметно повышая уровень стока углерода атмосферы в исследованном типе экосистем ельника, характерном для южно-таежной зоны Центральной России.
В ельниках ЦЛГБЗ установлена выраженная суточная динамика почвенного потока СО2 с максимальной эмиссией СО2 в 43,1-58,9 г СО2/м2 в час между 11 и 14 часами на старых ветровальных буграх и в фоновых парцеллах. Пики и спады эмиссии углекислого газа в ельниках совпадают с суточным изменением температуры воздуха и почвы.
Узко локализованная во времени (дневные периоды лета 2017 года) и пространстве (столетний ельник кислично-щитовниковый ЦЛБГЗ) регрессионная модель зависимости интенсивности суточного потока СО2 от изменения температуры почвы, весовой влажности почвы и температуры приземного слоя атмосферы позволяет прогнозировать 75% от варьирования почвенного потока СО2 (R2 =0,75), но нуждается в дальнейшей верификации и расширении рамок своей локализации.
Список использованных источников
1. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Working Group I Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, // Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York. - NY, USA. - 2013. - P. 867-869.
2. Заварзин Г.А., Кудеяров В.Н. Почва как главный источник углекислоты и резервуар органического углерода на территории России // Вестник РАН. - 2006, т. 76, №1. - С. 14-29.
3. Борисенков Е.П. Климат и его изменения. - М.: Знание. - 2012. - 64 с.
4. Кудеяров В.Н., Курганова H.H. Дыхание почв России: анализ базы данных, многолетний мониторинг, общие оценки // Почвоведение. - 2005, № 9. - С. 111-121.
5. Курганова И.Н. Эмиссия и баланс диоксида углерода в наземных экосистемах России // Автореферат. - М. - 2010. - 50 с.
6. Valentini R., Vasenev I.I. The world after Paris 2015: research perspectives for ecology and food production in Russia // Информационно-методическое обеспечение агроэкологического мониторинга и экологический мониторинг парниковых газов в условиях Центрального региона России Материалы V конференции ЛАМП / Под. Ред. Васенева И.И. - М.: ООО «Типография ПринтФормула». - 2015. - С. 6-12.
7. Васенев И.И., Таргульян В.О. Ветровал и таежное почвообразование (режимы, процессы, морфогенез почвенных сукцессий). - М.: Наука. - 1995. - 247 с.
8. Добровольский Г.В. Избранные труды по почвоведению. Т. 1. Общие вопросы теории и развития почвоведения. - М.: Изд-во МГУ. - 2005. - 525 с.
9. Пузаченко Ю.Г. и др. Центрально-Лесной государственный природный биосферный заповедник. - М.: Деловой мир. - 2007. - 80 с.
10. Васенев И.И. Почвенные сукцессии. - М.: Издательство ЛКИ. - 2008. - 400 с.
11. Васенев И.И., Раскатова Т.В. Пространственно-временная изменчивость основных параметров фонового экологического мониторинга дерново-подзолистых почв Лесной Опытной Дачи РГАУ-МСХА // Вестник МарГТУ. Серия Лес. Экология. Природопользование. - 2009, № 2. - С. 83-92.
12. Степанов А.Л. Микробное образование и поглощение парниковых газов в почвах. - М.: Издательство МГУ. - 2009. - 225 с.
13. Задорожний А.Н., Семенов М.В., Ходжаева А.К., Семенов В.М. Почвенные процессы продукции, потребления и эмиссии парниковых газов.// Агрохимия. - 2010, № 10. - С. 75-92.
14. Vasenev I., Tikhonova M., Avilova A. Forest soil quality analysis at the potential reference site for Moscow megalopolis environmental monitoring // 17-th International multidisciplinary scientific geo-conference SGEM 2017. Conference Proceedings. V. 17. Hydrology and water resources. Forest ecosystems. - Vienna: Hofburg Congress Center. - 2017. - P. 545-552.
15. Карпачевский Л.О. Пестрота почвенного покрова в лесных биогеоценозах. - М.: Изд-во МГУ. - 1977. - 312 с.
16. Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. - М.: ГЕОС. - 2005. - 336 с.
17. Желтухин А.С., Желтухина В.И. Центрально-Лесной Государственный заповедник - этапы развития // Материалы Юбилейной конференции, посвященной 75-летию заповедника «Заповедники России и устойчивое развитие», 21-25 августа 2007 года. Труды Центрально-Лесного государственного природного биосферного заповедника. - Великие Луки. - 2007, выпуск 5. - С. 191-209.
18. Строганова М.Н., Урусевская И.С., Шоба С.А., Щипихина Л.С. Морфогенетическими свойства почв Центрально-лесного заповедника, их диагностика и систематика // Генезис и экология почв ЦЛГЗ. - М.: Наука. - 1979. - С. 23-31.
19. Информационно-методическое обеспечение агроэкологического мониторинга и экологический мониторинг парниковых газов в условиях Центрального региона России Материалы V конференции ЛАМП / Под. Ред. Васенева И.И. - М.: ООО «Типография ПринтФормула». - 2015. - 118 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение и источники статистических данных о производительности труда. Корреляционно-регрессионный анализ производительности труда в хозяйствах центрально-пригородной зоны. Оценка показателей ее динамики и затрат труда на примере КГУП Шуваевское.
курсовая работа [47,5 K], добавлен 06.07.2011Общий исторический обзор отношений в Центрально-азиатском регионе. Освещение экономической обстановки в соседних странах. Понятие национальной безопасности, факторы, ситуации и отношения, влияющие на национальную безопасность Республики Узбекистан.
курсовая работа [56,4 K], добавлен 01.02.2012Научные прогнозы повышения температуры воздуха и ее влияние на климатические условия России. Оценка возможных негативных и позитивных последствий изменения климата для сельского, лесного и водного хозяйств, туризма, страхования, миграции населения.
реферат [18,6 K], добавлен 29.08.2013Договор аренды лесного участка, находящегося в государственной или муниципальной собственности. Безвозмездное пользование участком лесного фонда. Понятие концессии и её история. Краткосрочное пользование и право на пользование участками лесного фонда.
контрольная работа [37,3 K], добавлен 08.05.2010Экономическое районирование и административное деление Российской Федерации, его принципы и направления. Лесные и не лесные земли лесного фонда на территории. Аукцион по продаже права на заключение договора аренды лесного участка. Договор аренды.
курсовая работа [5,2 M], добавлен 30.12.2013Социально-экономическое значение лесного хозяйства для экономической безопасности Российской Федерации. Динамика показателей охраны и защиты лесов. Основные пути повышения экономической безопасности лесного хозяйства. Пороговые значения индикаторов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 17.06.2015Нормы труда на предприятиях лесного хозяйства. Виды документов хозяйственных операций, требования к ним. Типы производств, их технико–экономическая характеристика. Оценка основных производственных фондов. Хронометражный ряд, его доброкачественность.
контрольная работа [28,7 K], добавлен 17.05.2009Разработка производственного плана лесного хозяйства по отводу лесосек под рубки, уход за лесом и устройство минерализованных полос. Расчет себестоимости лесохозяйственных работ: расходы на заработную плату, списание ГСМ; смета общехозяйственных расходов.
курсовая работа [73,6 K], добавлен 16.10.2013Экономическое районирование РФ. Западно-Сибирский экономический район. Правила использования лесов. Особенности проведения аукциона по продаже права на заключение договора аренды лесного участка. Основные документы, оформляемые в ходе подготовки к нему.
курсовая работа [78,0 K], добавлен 18.12.2015Экономическое районирование Российской Федерации. Административное деление Новосибирской области. Структура Мирновского лесничества. Аукцион по продаже права на заключение договора аренды лесного участка. Определение минимального размера арендной платы.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 21.02.2016Планирование на предприятии как одна из функций стратегического менеджмента. Разработка производственного плана для предприятия лесного комплекса с анализом данных о продукции, ценах, себестоимости, заработной плате персонала и финансовых результатов.
курсовая работа [56,7 K], добавлен 17.08.2013Понятие денежных потоков, их виды и значение в обеспечении кругооборота капитала предприятия. Сущность организации денежных потоков и её основные этапы. Основные задачи организации и управления денежными потоками. Цели организации денежных потоков.
реферат [257,3 K], добавлен 14.01.2016Роль стран Центральной Азии в мировой экономике, их потенциал. Факторы и тенденции развития гидроэнергетики Таджикистана. Место проекта CASA в развитии гидроэнергетики региона. Сотрудничество Таджикистана с иностранными государствами в области энергетики.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 11.01.2015Теоретические аспекты формирования и использования денежных потоков, их сущность, управление, планирование. Факторный анализ коэффициента рентабельности, состава и структуры, сбалансированности, интенсивности и эффективности денежных потоков предприятия.
курсовая работа [356,2 K], добавлен 07.01.2012Состав и классификация кадров лесного хозяйства РФ. Особенности расчета заработной платы. Системные методы учета кадров. Совершенствование системы оплаты труда работников лесного хозяйства и обеспечение отрасли квалифицированными органам управления.
реферат [248,3 K], добавлен 18.12.2013Понятие рыночной модели экономики. Условия возникновения рыночной экономики. Центрально-управляемая модель экономики. Два подхода к "экономике советского типа" и концепции ее эволюции. Основные черты смешанной экономики - ее зарождение и модели.
курсовая работа [33,9 K], добавлен 26.07.2010Географическое положение и территориальная организация, структура, составные части Центрально-Азиатского региона. Ряд многосторонних организаций и союзов, действующих в данном регионе, позитивные моменты консолидации национальной государственности стран.
реферат [27,8 K], добавлен 13.05.2014Выбор системы машин для выполнения основных работ по всему производственному циклу лесного комплекса. Расчет количества машин и оборудования, производительности труда, выполняемых операций. Фонд оплаты труда. Расчет суммы амортизационных отчислений.
курсовая работа [422,6 K], добавлен 29.11.2014Модернизация экономики малых и крупных стран, влияние воздействия культурно-религиозного сознания на итог экономической деятельности. Противоречия процесса экономического роста в историческом, культурно-философском и пространственно-временном контекстах.
статья [28,3 K], добавлен 24.07.2013Организационно-методические аспекты учета и анализа. Анализ денежных потоков предприятия. Учет и анализ денежных потоков ОАО "Фриз". Оценка и разработка направлений по совершенствованию деятельности ОАО "Фриз". Анализ рентабельности.
дипломная работа [123,0 K], добавлен 28.07.2003