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 06.07.2011

  • Общий 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 01.02.2012

  • Научные 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 29.08.2013

  • Договор 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 08.05.2010

  • Экономическое 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 30.12.2013

  • Социально-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 17.06.2015

  • Нормы 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 17.05.2009

  • Разработка 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 16.10.2013

  • Экономическое 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 18.12.2015

  • Экономическое 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 21.02.2016

  • Планирование 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 17.08.2013

  • Понятие 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 14.01.2016

  • Роль 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 11.01.2015

  • Теоретические 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 07.01.2012

  • Состав 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 18.12.2013

  • Понятие 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 26.07.2010

  • Географическое 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 13.05.2014

  • Выбор 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 29.11.2014

  • Модернизация 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 24.07.2013

  • Организационно-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

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.