Эмиссия углекислоты микросинузиямизеленых мхов в лиственничниках Центральной Эвенкии | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 331.

Эмиссия углекислоты микросинузиямизеленых мхов в лиственничниках Центральной Эвенкии

Исследовали интенсивность выделения CО2 с поверхности зеленомошных микросинузий в лиственничниках Центральной Эвенкии в зависимости от видового разнообразия мхов, их морфометрических параметров и гидротермических условий. Выявлено, что выделение СО2 варьировало от 0,04 до 0,72 мг СО2 г ч и поток СО2 с поверхности зеленых мхов зависит от влажности напочвенного покрова и мощности подстилки

Carbon dioxide emission by green moss microassociationsin larch stands in central part of Evenkia.pdf Бриофиты (моховидные, в дальнейшем - мхи) являются основным компонентом многих лесных экосистем и играют существенную роль в балансе углерода [1-3]. Сфагновые (Sphagnum sp.) и зеленые мхи (Pleu-rozium sp. и Hylocomium sp.) являются доминирующими таксонами в бореальных лесах [4, 5], и их покров может быть сплошным и по массе достигать биомассы древостоя [1, 6-9]. Моховой покров сам по себе оказывает влияние на многие почвенные процессы и экологические факторы внутри экосистемы: гидротермические условия в ризосфере, рН, депонирование и цикл углерода, минеральный и водный режимы [10, 11]. Из-за существования строгой зависимости между продуктивностью мхов и уровнем грунтовых вод [11] их вклад в продуктивность экосистемы может измениться в связи с водным дефицитом, который может возникнуть в результате изменения климата [12, 13]. Таким образом, изменение дыхательной активности бриофитов может служить ранним диагностическим признаком трансформации лесных экосистем в ответ на изменение климата.Выделение СОг с поверхности мхов довольно значительно и в некоторых регионах может преобладать над его выделением древостоем. Так, с поверхности мохового покрова лиственничника бруснично-голубичного зеленомошно-лишайникового в Эвенкии в среднем за вегетацию выделилось в 2,5 раза больше С02 по сравнению с древостоем [9]. Величина выделения СОг с поверхности мхов в ельнике (штат Манитоба, США) составила от 50 до 90% от величины потока С02 с поверхности всей лесной экосистемы [14]. Для сравнения: в тропическом лесу вклад мохового покрова в общее выделение СОг с поверхности напочвенного покрова составляет всего 10% [13].Интенсивность выделения СОг с поверхности мохового покрова зависит как от внешних факторов (влажность, температура, количество осадков), так и от свойств самого напочвенного покрова (таксономической принадлежности мха, физических параметров упаковок мха и выстилающей его подстилки: мощности и плотности, химического состава), количества корней растений, мико- и микрофлоры и т.д. [15, 16]. Кроме того, следует учитывать взаимное влияние этих факторов. Так, изменение влажности напочвенного покрова сказывается на величине проницаемости газами (в том числе и СОг) живого напочвенного покрова, подстилки и почвенных горизонтов, что в свою очередь влияет на скорость выделения СОг с поверхности мха [16]. Количество тонких корней и их выделения (мине-ральные и органические вещества) стимулируют активность микроорганизмов почвы и подстилки [17], что также приводит к активному выделению СОг [18].Целью работы являлась оценка интенсивности выделения СОг с поверхности зеленых мхов в зависимости от гидротермических условий, плотности и мощности напочвенного покрова (подстилка с живым напочвенным покровом), удельной массы корней в подстилке и видовой принадлежности мхов.Исследования проводились на постоянных пробных площадях Эвенкийского стационара Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, расположенном в п. Тура, Эвенкия (64°18'с.ш., 100°1Гв.д.). Среднегодовая температура воздуха составляет -8°С, среднемесячная температура за июль составила +14-17°С и за август +12-15°С. Период с отрицательными суточными температурами - 210 дней. Количество осадков составляет 270-340 мм в год, за июль в среднем выпадает около 82-96 мм, а за август - 88 мм.Исследования проводили в двух типах лиственничников: кустарничково-сфагновом и шикшево-толокнянковом с преобладанием в пологе леса лиственницы Гмелина (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.). Древостой в ассоциациях V класса бонитета, их средний возраст составляет 75-95 лет, состав древостоя в кустаричково-сфагновом лиственничнике - ЮЛ, а в шикшево-толокнянковом - 9Л 1Б. Древостой кустарничково-сфагнового лиственничника имеет следующие таксационные характеристики: средняя высота - 4,2 м, средний диаметр - 4,0 см, полнота - 0,16, число стволов на га -2670. Таксационные характеристики шикшево-толокнянкового лиственничника: средняя высота -8,5 м, средний диаметр - 9,0 см, полнота - 0,2, число стволов на га - 770. Из кустарников наиболее распространены Duschekia fruticosa (Rupr.) Pouzar, Juniperus sibirica Burgsd, Betula nana L.s.l., виды рода Salix [8]. Напочвенная растительность представлена кустарничками (Vaccinium vitis-idaea L., Vaccinium uliginosum L., Ledum palustre L., Empetrum nigrum L., Arctostafillos uva-ursi L.), различными видами сфагновых и зеленых мхов, лишайников. Исследуемые типы лиственничников характеризовались различной мощностью напочвенного покрова (н.п.), который состоит из живого напочвенного покрова (ж.н.п.) с подстилкой и корнями. Так, в кустарничково-сфагновом лиственничнике мощность напочвенного покрова составляла 20-25 см, а в шикшево-толокнянковом - 3-5 см. Тип почвы в кустарничково-сфагновом лиственничнике - криозем гомогенный, а в шикшево-толокнянковом - палевый гранузем [19].193Объектами исследования служили микросинузии зеленых мхов напочвенного покрова с подстилкой. В каждой из 40 изученных микросинузии были определены виды мхов, слагающие образец, и доля их участия(проективное покрытие). Затем сходные повторности были объединены в отдельные группы. Таким образом, получили шесть групп, различающихся по видовому составу (табл. 1).Таблица 1Видовой состав зеленых мхов в выделенных микрогруппировках, сгруппированных в шесть основных типов (внутри группы показано соотношение отдельных видов)№ группыПреобладающие виды и их соотношение в микроассоциации, %Доля участия группы в выборке, %1Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. (60%), 40% - смесь Ptilidium ciliare (L.) Hampe n Aulacomnium turgidum (Wahlenb.) Shwaegr.7,52Pleurozium schreberi (90-100%)52,53Aulacomnium turgidum (45%) и Dicranum polysetum Sw. (45%)7,54Aulacomnium turgidum (70-100%)7,55Dicranum acutifolium (Lindb. & Arnell) C. Jens, ex Weinm. (95-100%)12,56Ptilium crista castrensis (50%) и Aulacomnium palustur (50%)12,5Интенсивность выделения СОг с поверхности зеленых мхов замеряли при помощи газоанализатора LI-COR 6200 (LiCor Inc., NE, USA) и темновой камеры 6000-09 (объемом 1 л) с 20 июля по 7 августа 2004 г. в течение дневного времени суток (с 11 до 15 ч) в природных условиях. Данный временной интервал для замера интенсивности выделения углекислоты с поверхности напочвенного покрова в течение суток соответствует его среднесуточному значению [20]. Проведение исследования в естественных природных условиях обусловлено тем, что в лабораторных условиях происходит нарушение целостности и физических параметров напочвенного покрова, что ведет к усилению потока СОг с его поверхности [16, 20] и может привести к ошибкам при экстраполяции потока С02 на определенную территорию. Темновая камера устанавливалась на пластиковые кольца, которые были заблаговременно помещены на глубину 5 см в напочвенный покров. Измерения интенсивности выделения СОг проводились в 42 точках и рассчитьшались на абсолютно сухой вес (а.с.в.) напочвенного покрова (ж.н.п. с подстилкой и корнями) в пределах площади кольца. Параллельно с замером темново-го дыхания производился замер температуры воздуха впочвенной камере, мощности ж.н.п. и подстилки. У каждого образца определялись влажность и плотность. Для этого образцы н.п. в каждой точке замера отбирались по площади пластикового кольца (78,5 см2) на мощность н.п., высушивались при 105°С и взвешивались. При определении веса и удельной массы подстилки корни учитывались при расчете.Математическую обработку полученных данных проводили с использованием среднестатистического (ANOVA), корреляционного и регрессионного методов анализа в программе STATISTIKA, StatSoft (Tulsa, USA).Первичный статистический анализ данных проводили для всей совокупности данных (табл. 2). Отмечено, что интенсивность выделения СОг с поверхности напочвенного покрова сильно варьировала (коэффициент вариации (CV) > 39%, табл. 2) и составляла от 0,04 до 0,72 мг СОг г-1 чч, что указывает на высокую изменчивость этого процесса в зависимости от экологических факторов и их влияния на процессы, протекающие в почве, подстилке и ж.н.п. Вклад зеленомошных ассоциаций в баланс углерода экосистемы также меняется в зависимости от их морфометрических параметров и условий обитания.Таблица 2 Статистические характеристики интенсивности выделения С02 с поверхности зеленомошных микросинузии,их компонентов и климатических факторовФакторСреднее ± SEMinМахCV, %Интенсивность эмиссии, мг С02 г-1 ч-10,16 ±0,020,040,7283,4Температура воздуха, °С21,5 ±1,110,332,631,2Влажность образца, %66,1 ± 1,449,387,013,4Мощность ж.н.п., см4,2 ± 0,21,07,0035,6Мощность подстилки, см7,0 ± 0,71,018,062,9Удельная масса ж.н.п., кг м~324,5 ± 2,38,681,558,0Удельная масса подстилки, кг м~354,1 ±5,420,8161,862,4Удельная масса корней, кг м~35,7 ±0,70,619,570,8Удельная масса н.п. (ж.н.п. с подстилкой и корнями), кг м~343,3 ± 2,720,293,038,6Примечание. Количество повторностей N = 40; SE - ошибка среднего; CV - коэффициент вариации.Гидротермические условия (температура и влажность образца) также варьировали в широких пределах. Температура воздуха в камере за период исследований менялась от 10,3 до 32,6°С, а влажность от 49,3 до 87% (табл. 2). При этом между влажностью и интенсивностью выделения СОг с поверхности н.п. выявлена отрицательная корреляция (г = -0,40, р = 0,01, N = 40). Подобная зависимость была между интенсивностьювыделения углекислоты с поверхности сфагновых торфяников (Онтарио, Канада) и содержанием воды [13]. Вероятно, в условиях Севера влажность является фактором, лимитирующим процессы, ответственные за выделение СОг с поверхности напочвенного покрова. Несмотря на то что значимость температурного фактора в условиях бореальных лесов подтверждается многими учеными [13, 21-24], в данном исследовании тем-194пература воздуха не оказывала достоверного влияния на выделение углекислоты напочвенным покровом зелено-мошных ассоциаций (г = -0,27, р = 0,09, N = 40).Среди морфометрических параметров напочвенного покрова наиболее тесная связь интенсивности вьщеле-ния углекислоты с поверхности мхов выявлена с мощностью подстилки (г = -0,63, р = 0,00001, N = 40; рис. 1, табл. 3). При этом уровень варьирования мощности подстилки довольно высок: от 1 до 18 см (CV = 62,9%, табл. 2).и,о1/ 0,7 -ивU 0,6 -

Ключевые слова

бриофиты, выделение СО2, напочвенный покров, температура воздуха, лиственничники, bryophytes, CO2 emission, vegetation cover, air temperature, larch stands

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Масягина Оксана ВикторовнаИнститут леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (г. Красноярск)кандидат биологических наукoxanamas@ksc.krasn.ru
Прокушкин С.Г.Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (г. Красноярск)
Бугаенко Татьяна НиколаевнаИнститут леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (г. Красноярск)кандидат биологических наукtnbugaenko@ksc.krasn.ru
Прокушкин Анатолий СтаниславовичИнститут леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (г. Красноярск)кандидат биологических наукprokushkin@ksc.krasn.ru
Титов Сергей ВикторовичИнститут леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (г. Красноярск)аспирантtitov-sergey@mail.ru
Всего: 5

Ссылки

Курец В.К., Дроздов С.Н., Таланов А.В., Попов Э.Г. Светотемпературные характеристики СО2-газообмена некоторых видов рода Sphagnum (Sphagnaceae, Musci) // Ботанический журнал. 2000. T. 85, № 5. С. 113-118.
Ялынская Е.Е. СО2-газообмен почвы и напочвенного покрова в сосняке черничном // Экология. 1999. № 6. С. 411-415.
McKenzie C., Schiff S., Aravena R., Kelly C., Louis V.S. Effect of temperature on production of CH4 and CO2 from peat in a natural and flooded boreal forest wetland // Climate Change. 1998. № 40. P. 247-66.
Silvola J., Alm J., Ahlholm U., Nykanen H., Martikainen P.J. CO2 fluxes from peat in boreal mires under varying temperature and moisture conditions // J. Ecol. 1996. № 84. P. 219-28.
Kim J., Verma S.B. Soil surface CO2 flux in a Minnesota peatland // Biogeochemistry. 1992. № 18. P. 37-51.
Масягина О.В. Эмиссия СО2 напочвенным покровом и почвой лиственничников криолитозоны Средней Сибири: Автореф. дис. … канд. биол. наук. 2003. 17 с.
Ершов Ю.И. Закономерности почвообразования в пределах Средне-Сибирского плоскогорья // Почвоведение. 1995. № 7. С. 805-810.
Прокушкин С.Г., Каверзина Л.Н. Корневые экзометаболиты и сапролины сосны обыкновенной. Красноярск: ИЛ СО РАН, 1988. 128 с.
Heal O.W., Dighton D.J. Resource quality and trophic structure in the soil system. In: Ecological interactions in soil / Еds A.H. Fitter, D. Atkinson, D.J. Read, M.B. Usher. Oxford, 1985. P. 339-354.
Ohtonen R., Vдre H. Vegetation composition determines microbial activities in a boreal forest soil // Microb. Ecol. 1998. № 36. P. 328-335.
Blodau C., Moore T.R. Experimental response of peatland carbon dynamics to a water table fluctuation // Aquat. Sci. 2003. Vol. 65. Р. 47-62.
Goulden M.L., Crill P.M. Automated measurements of CO2 exchange at the moss surface of a black spruce forest // Tree Physiology. 1997. № 17. P. 537-542.
Bubier J.L., Bhatia G., Moore T.R., Roulet N.T., Lafleur P.M. Spatial and temporal variability in growing-season net ecosystem carbon dioxide exchange at a large peatland in Ontario, Canada // Ecosystems. 2003. № 6. P. 353-367
Weltzin J.F., Harth C., Bridgham S.D., Pastor J., Vonderharr M. Production and microtopography of bog bryophytes: response to warming and water-table manipulations // Oecologia. 2001. № 128. P. 557-5651.
Brisbee K.E., Gower S.T., Norman J.M., Nordheim E.V. Environmental control on ground cover species composition and productivity in a boreal black spruce forest // Oecologia. 2001. Vol. 129. P. 261-270.
O'Neill K.P. Bryophytes in the global carbon budget. In: Bryophyte biology / Еds A.J. Shaw, B. Goffinet. Oxford, 2000. P. 344-368.
Масягина О.В., Прокушкин С.Г., Абаимов А.П. и др. Эмиссия СО2 с поверхности напочвенного покрова в лиственничниках Центральной Эвенкии // Лесоведение. 2005. № 6. С. 19-29.
Oechel W.C., Van Cleave K. The role of bryophytes in nutrient cycling in the taiga. In: Forest ecosystems in the Alaskan taiga, Ecological studies / Еds K. Van Cleave, F.S. Chapin III, P.W. Flanagan et al. 1986. Vol. 57. P. 121-137.
Прокушкин С.Г., Абаимов А.П., Прокушкин А.С., Масягина О.В. Биомасса напочвенного покрова и подлеска в лиственничных лесах криолитозоны Средней Сибири // Сибирский экологический журнал. 2006. № 2. С. 131-139.
Elliot-Fisk D.L. The taiga and boreal forest. In: North American terrestrial vegetation. 2nd edn. / Еds M.G. Barbour, W.D. Billings. Cambridge, 2000. P. 21-74.
Vasander H. Plant biomass and production in virgin, drained and fertilized sites in a raised bog in southern Finland // Annals of Botany Fennici. 1982. № 33. P. 39-44.
Clymo R.S., Hayward P.M. The ecology of Sphagnum // Bryophyte ecology / Еd. A.J.E. Smith. London, 1982. P. 229-289.
DeLucia E.H., Turnbull M.H., Walcroft A.S. et al. The contribution of bryophytes to the carbon exchange for a temperate rainforest // Global Change Biology. 2003. Vol. 9, № 8. P. 1158-1170.
Swanson R.V., Flanagan L.B. Environmental regulation of carbon dioxide exchange at the forest floor of a black spruce ecosystem // Agricultural and Forest Meteorology. 2001. № 108. P. 165-181.
Goulden M.L., Wofsey S.C., Harden J.W. Sensitivity of boreal forest carbon balance to soil thaw // Science. 1998. № 279. P. 214-216.
 Эмиссия углекислоты микросинузиямизеленых мхов в лиственничниках Центральной Эвенкии | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 331.

Эмиссия углекислоты микросинузиямизеленых мхов в лиственничниках Центральной Эвенкии | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 331.

Полнотекстовая версия