Измерения экосистемных потоков СО2 и Н2О в период вегетации выполнены методом турбулентных пульсаций в сосняке бруснично-лишайниковом на территории Печоро-Илычского заповедника в 2021–2023 гг. Температурно-влажностный режим определял межгодовые различия гросс экосистемного фотосинтеза (GEP) и эвапотранспирации (ET). Суммарный ET в мае–августе разных лет наблюдений составил 139–240 кг Н2О/м2, а суммарный GEP – 1,7–2,4 кг СО2/м2. Экосистемные потоки СО2 и Н2О снижались с увеличением дефицита упругости водяного пара в атмосферном воздухе (VPD) при недоборе осадков в летние месяцы. Повышенный запас влаги в почве в первой половине вегетационного периода компенсировал отрицательный эффект дефицита атмосферных осадков в летний период на фотосинтез и эвапотранспирацию. Установлена нелинейная зависимость среднесуточных значений GEP и ET. Эффективность использования влаги на фотосинтез (WUE) в сосняке бруснично-лишайниковом в разные годы изменялась в пределах 7–16 мг СО2/г Н2О. Сбалансированность потоков СО2 и Н2О определяла незначительное варьирование WUE в течение сезона. Результаты многолетних наблюдений могут быть востребованы для верификации существующих климатических моделей и прогнозирования изменений углеродного обмена в таёжных лесах при аномальных погодных явлениях в регионе.
Ключевые слова: сосняк бруснично-лишайниковый, гросс экосистемный фотосинтез, эвапотранспирация, эффективность использования воды на фотосинтез
Список процитированных источников
1. Pan Y., Birdsey R.A., Fang J. , Houghton R., Kauppi P. E., Kurz W.A., Phillips O.L., Shvidenko A., Lewis S.L., Canadell J.G., Ciais Ph., Jackson R.B., Pacala S.W., McGuire A.D., Piao Sh., Rautiainen A., Sitch S., Hayes D. A large and persistent carbon sink in the world’s forests // Science. 2011. V. 333. P. 998–993. doi: 10.1126/science.1201609
2. Lapenis A., Shvidenko A., Shepaschenko D., Nillson S., Ayyer A. Acclimation of Russian forests to reсent changes in climate // Glob. Chang. Biol. 2005. V.11. P. 2090–2102. doi: 10.1111/j.1365-2486.2005.001069.x
3. Piao S., Friedlingstein P., Ciais P., Viovy N., Demarty J. Growing season extension and its impact on terrestrial carbon cycle in the Northern Hemisphere over the past 2 decades // Glob. Biogeochem. Cycles. 2007. V. 21. No. 3. Article No. GB3018. doi: 10.1029/2006GB002888
4. Fernández-Martínez M., Sardans J., Chevallier J., Ciais P., Obersteiner M., Vicca S., Canadell J.G., Bastos A., Friedlingstein P., Sitch S., Piao S.L., Janssens I.A., Peñuelas J. Global trends in carbon sinks and their relationships with CO2 and temperature // Nature Climate Change. 2019. V. 9. P. 73–79. doi: 10.1038/s41558-018-0367-7
5. Vygodskaya N.N., Milyukova I., Varlagin A., Tatarinov F., Sogachev A., Kobak K.I., Desyatkin R., Bauer G., Hollinger D.Y., Kelliher F.M., Schulze E.D. Leaf conductance and CO2 assimilation of Larix gmelinii growing in an eastern Siberian boreal forest // Tree Physiol. 1997. V. 17. P. 607–615. doi: 10.1093/treephys/17.10.607
6. Law B.E., Falge E., Gu L., Baldocchi D., Bakwin P., Berbigier P., Davis K.J., Dolman J., Falk M., Fuentes J.D., Goldstein A.H., Granier A., Grelle A.,Hollinger D., Janssens I.A., Jarvis P., Jensen N.O., Katul G., Malhi Y., Matteucci G., Meyers T., Monson R.K., Munger W., Oechel W., Olson R., Pilegaard K., Paw U K.T.,Thorgeirsson H., Valentini R., Verma S., Vesala T., Wilson K., Wofsy S. Environmental controls over carbon dioxide and water vapor exchange of terrestrial vegetation // Agricultural and Forest Meteorology. 2002. V. 113. P. 97–120. doi: 10.1016/ S0168-1923(02)00104-1
7. Yu G., Song X., Wang Q., Liu Y., Guan D., Yan J., Sun X., Zhang L., Wen X. Water-use efficiency of forest ecosystems in eastern China and its relations to climatic variables // New Phytol. 2007. V. 177. No. 4. P. 927–937. doi: 10.1111/j.1469-8137.2007.02316.x
8. Beer C., Ciais P., Reichstein M., Baldocchi D., Law B.E., Papale D., Soussana J.-F., Ammann C., Buchmann N., Frank D., Gianelle D., Janssens I.A., Knohl A., Kstner B., Moors E., Roupsard O., Verbeeck H., Vesala T., Williams C.A., Wohlfahrt G. Temporal and among-site variability of inherent water use efficiency at the ecosystem level // Global Biogeochem. Cycles. 2009. V. 23. Article No. GB2018. doi: 10.1029/2008GB003233
9. Kuricheva O.A., Avilov V.K., Varlagin A.V., Gitarsky M.L., Dmitrichenko A.A., Dyukarev E.A., Zagirova S.V., Zamolodchikov D.G., Zyryanov V.I., Karelin D.V., Karsanaev S.V., Kurganova I.N., Lapshina E.D., Maksimov A.P., Maksimov T.Kh., Mamkin V.V., Marunich A.S., Miglovets M.N., Mikhailov O.A., Panov A.V., Petrov R.E., Prokushkin A.S., Sidenko N.V., Shilkin A.V., Kurbatova Yu.A. Ruflux: the network of the eddy covariance sites in Russia // Izvestia RAS. Seriya Geograficheskaya. 2023. V. 87. No. 4. P. 512–535 (in Russian). doi: 10.31857/ S2587556623040052
10. Reichstein M., Ciais P., Papale D., Valentini R., Running S., Viovy N., Cramer W., Granier A., Ogee J., Allard V., Aubinet M., Bernhofer Chr., Buchmann N., Carrara A., Grunwald T., Heimann M., Heinesch B., Knohl A., Kutsch W., Loustau D., Manca G., Matteucci G., Miglietta F., Ourcival J.M., Pilegaard K., Pumpanen J., Rambal S., Chaphoff S., Seufert G., Soussana J.-F., Sanz M.-J., Vesala T., Zhao M. Reduction of ecosystem productivity and respiration during the European summer 2003 climate anomaly: a joint flux tower, remote sensing and modelling analysis // Global Change Biology. 2007. V. 13. P. 634–651. doi: 10.1111/j.1365-2486.2006.01224.x
11. Brümmer Ch., Black T.A., Jassal R.S., Grant N.J, Spittlehouse D.L., Chen B., Nesic Z., Amiro B.D., Arain M.A., Barr A.G., Bourque Ch., Coursolle C., Dunn A., Flanagan L.B., Humphreys E.R., Lafleur P.M., Margolis H.A., McCoughey J.H., Wofsy S.C. How climate and vegetation type influence evapotranspiration and water use efficiency in Canadian forest, peatland and grassland ecosystems // Agricultural and Forest Meteorology. 2012. V. 153. P. 14–30. doi: 10.1016/j.agrformet.2011.04.008
12. Lindroth A., Holst J., Linderson M.L., Aurela M., Biermann T., Heliasz M., Chi J., Ibrom A., Kolari P., Klemedtsson L., Krasnova A., Laurila T., Lehner I., Lohila A., Mammarella I., Mölder, M., Löfvenius M.O., Peichl M., Pilegaard K., Soosar K., Vesala T., Vestin P., Weslien P., Nilsson M. Effects of drought and meteorological forcing on carbon and water fluxes in Nordic forests during the dry summer of 2018 // Phil. Trans. R. Soc. 2020. V. 375. Article No. 20190516. doi: 10.1098/ rstb.2019.0516
13. Gao Y., Markkanen T., Aurela M., Mammarella I., Thum T., Tsuruta A., Yang H., Aalto T. Response of water use efficiency to summer drought in a boreal Scots pine forest in Finland // Biogeosciences. 2017. V. 14. P. 4409–4422. doi: 10.5194/bg-14-4409-2017
14. Irvine J., Law B.E., Kurpius M.R., Anthoni P.M., Moore D., Schwarz P.A. Age-related changes in ecosystem structure and function and effects on water and carbon exchange in ponderosa pine // Tree Physiol. 2004. V. 24. No. 7. P. 753–763. doi: 10.1093/treephys/24.7.753
15. Liu P., Black T.A., Jassal R.S., Zha T., Nesic Z., Barr A.G., Helgason W.D., Jia X., Tian Y., Stephens J.J., Ma J. Divergent long-term trends and interannual variation in ecosystem resource use efficiencies of a southern boreal old black spruce forest 1999–2017 // Glob. Chang Biology. 2019. V. 25. P. 3056–3069. doi: 10.1111/gcb.14674
16. Forests of the Komi Republic / Eds. G.M. Kozubov, A.I. Taskaev. Moskva: DIK, 1999. 331 p. (in Russian).
17. Zagirova S.V., Mikhailov O.A., Schneider Ju. Carbon dioxide, heat and water vapor exchange in the boreal spruce and peatland ecosystems // Theoretical and Applied Ecology. 2019. No. 3. P. 12–20. doi: 10.25750/1995-43012019-3-012-020
18. Soils and soil cover of the Pechora-Ilych Nature Reserve (Northern Urals) / Eds. S.V. Degteva, E.M. Lapteva. Syktyvkar, 2013. 327 p. (in Russian).
19. Carbon in Forest and Wetland Ecosystems of Specially Protected Natural Areas of the Komi Republic / Eds. K.S. Bobkova, S.V. Zagirova. Syktyvkar, 2014. 201 p.(in Russian).
20. Baldocchi D.D., Hincks B.B., Meyers T.P. Measuring biosphere-atmosphere exchanges of biologically related gases with micrometeorological methods // Ecology. 1988. V. 69. No. 5. P. 1331–1340. doi: 10.2307/1941631
21. Barr A.G., Black T.A., Hogg E.H., Griffits T.J., Morgenstern K., Kljun N., Theede A., Nesic Z. Climatic controls on the carbon and water balances of a boreal aspen forests, 1994–2003 // Global Change Biology. 2007. V. 13. No. 3. P. 561–576. doi: 10.1111/j.13652486.2006.01220.x
22. Launianen S. Seasonal and inter-annual variability of energy exchange above a boreal Scots pine forest // Biogeosciences. 2010. V. 7. P. 3921–3940. doi: 10.5194/ bgd-7-6441-2010
23. Qaderi M.M., Martel A.B., Dixon S.L. Environmental factors influence plant vascular system and water regulation // Plants (Basel). 2019. V. 8. No. 3. Article No. 65. doi: 10.3390/plants80300065
24. Suvorova G.G. Photosynthesis of Coniferous Trees in Siberia / Ed. R.K. Salyaev. Novosibirsk: GEO, 2009. 195 p. (in Russian).
25. Sazonova T.A., Kolosova S.V. The effect of environmental factors on the parameters of water metabolism of Pinus sylvestris, Picea abies (Pinacea), and Betula pendula (Betulacea) // Botanical Journal. 2005. V. 90. No. 8. P. 1227–1235 (in Russian).
26. Ziemblińska K., Urbaniak M., Chojnicki B.H., Black T.A., Niu S., Olejnik J. Net ecosystem productivity and its environmental controls in a mature Scots pine stand in north-western Poland //Agricultural and Forest Meteorology. 2016. V. 228–229. P. 60–72. doi: 10.1016/j. agrformet.2016.05.022
27. Mamkin V., Varlagin A.,Yaseneva I., Kurbatova J. Response of spruce forest ecosystem CO2 fluxes to interannual climate anomalies in the southern taiga // Forests. 2022. V. 13. No. 7. Article No. 1019. doi: 10.3390/f13071019
28. Xu B., Arain M.A., Black T.A., Law B.E., Pastorello G.Z., Chu H. Seasonal variability of forest sensitivity to heat and drought stress: A synthesis based on carbon fluxes from North American forest ecosystems // Global Change Biology. 2020. V. 26. No. 2. P. 901–918. doi: 10.1111/ gcb.14843
29. Zamolodchikov D.G., Gitarsky M.L., Shilkin A.V., Marunich A.S., Karelin D.V., Blinov V.G., Ivashchenko A.I. Monitoring of carbon dioxide and water vapor cycles at the “Log Tayozhny” experimental site (national park “Valdaysky”) // Fundamental and Applied Climatology. 2017. V. 1. P. 54–68 (in Russian). doi: 10.21513/24108758-2017-1-54-68
30. Tchebakova N.M., Zyryanov V.I., Zyryanova O.A., Parfenova E.I., Kajimoto T., Matsuura Y. A comparative study of climatology, energy and mass exchange in two forests on contrasting habitats in central Siberia: permafrost Larix gmelinii vs. permafrost-free Pinus sylvestris // Forests. 2023. V. 14. No. 2. Article No. 346. doi: 10.3390/f14020346
31. Kljun N., Black T.A., Griffis T.J., Barr A.G., Gaumont-Guay D., Morgenstern K., McCaughey J.H., Nesic Z. Response of net ecosystem productivity of three boreal forest stands to drought // Ecosystems. 2006. V. 9. P. 1128–1144. doi: 10.1007/s10021-005-0082-x
32. Urban J., Rubtsov A.V., Shashkin A.V., Benkova V.E. Growth, transpiration and water use efficiency of Larix sibirica, Larix gmelinii and Pinus sylvestris forest in Siberia // Acta Hortic. 2018. V. 1222. P. 125–131. doi: 10.17660/ActaHortic.2018.1222.17
Леса занимают доминирующее положение в растительном покрове Республики Коми и играют ключевую роль
в поддержании экологического равновесия в Субарктическом регионе. В последние десятилетия они подвергаются
интенсивному освоению и техногенному воздействию, что приводит к деградации и уничтожению значительных
площадей таёжных лесов. Основными факторами, влияющими на состав, структуру и состояние этих лесов, являются рубки, пожары, ветровалы, вредители, болезни, аэротехногенные выбросы промышленных предприятий и объектов энергетики. Применение ландшафтного подхода в мониторинге и охране таёжных лесов предполагает оценку виталитетной структуры древостоев. Целью данной работы стала оценка жизненного состояния древостоев хвойных и лиственных лесов на тестовом полигоне «Ляльский», организованном в 2023 г. в средней тайге Республики Коми. Исследования проводили на 29 постоянных пробных площадях, заложенных в наиболее распространённых типах леса в регионе. Территория тестового полигона покрыта приспевающими и спелыми еловыми и сосновыми формациями, а также перестойными березняками и осинниками. Эти насаждения формируют смешанные по составу, средне- и низкобонитетные, разновозрастные древостои, представляющие различные типы растительных сообществ с разным уровнем влажности. Результаты показали, что древостои на территории полигона в целом характеризуются как здоровые, с высокими показателями жизненности деревьев. Лишь на отдельных участках с участием лиственных пород (берёзы, осины) отмечено незначительное ослабление их состояния, что обусловлено сохранением старых экземпляров деревьев или конкурентными взаимоотношениями между молодыми особями. Полученные результаты будут использованы для сопоставления данных о жизненном состоянии деревьев с оценками запасов фитомассы и углерода в лесах на особо охраняемых природных территориях, а также послужат основой для долговременного мониторинга на ландшафтном уровне.
Ключевые слова: средняя тайга, лесные экосистемы, жизненное состояние древостоев, ландшафтный подход, мониторинг лесов
Проведены измерения концентрации СО2 в атмосферном воздухе и потоков СО2 над лесным пологом для количественной оценки экосистемного нетто-обмена (NEE) в еловом насаждении в период вегетации 2017 г. В условиях прохладного и дождливого лета скорость нетто-обмена СО2 между еловым лесом и приземной атмосферой варьировала от –15,0 до 15,0 гСО2 /(м2 · сут), кумулятивный NEE с мая по август составил –780 гСО2/м2. Во второй половине августа с ухудшением метеоусловий еловый лес становился источником СО2 в атмосферу. Изменение концентрации СО2 в столбе воздуха 0–30 м не влияло на суточный баланс экосистемного обмена. Постепенное снижение концентрации СО2 наблюдали в первой половине вегетационного сезона, минимальные значения отмечены в июле и августе, в период активного фотосинтеза древесных растений. Основным источником СО2 является почва, поэтому его максимальные концентрации отмечены в припочвенном слое воздуха. Амплитуда сезонных колебаний содержания СО2 в воздухе на высоте 0,5 м составила 92 ppm, на высоте 2,5 м – 67 ppm, а в кроновом пространстве ельника не превышала 47 ppm. Скорость турбулентного перемешивания воздуха и фотосинтетическая активность лесного полога определяли суточные изменения градиента концентрации по высотному профилю фитоценоза. Снижение содержания СО2 в столбе воздуха 0–30 м после восхода солнца и до полудня соответствовало повышению нетто-обмена в экосистеме леса. Полученные результаты соответствуют исследованиям обмена СО2 в лесных экосистемах других климатических зон. Результаты одного года наблюдений свидетельствуют о том, что экосистема елового леса выполняет функцию стока диоксида углерода, однако для оценки межгодовой вариабельности нетто-обмена требуются непрерывные многолетние измерения.
Ключевые слова: ельник, средняя тайга, приземная атмосфера, диоксид углерода, нетто-обмен, метод микровихревых пульсаций
ISSN 1995-4301
Выбор параметров просмотра
