ЭФФЕКТ СПЛОШНОЙ РУБКИ СРЕДНЕТАЕЖНОГО СОСНЯКА ЧЕРНИЧНОГО НА ЭМИССИЮ СО2 С ПОВЕРХНОСТИ ПОЧВЫ
Сплошные рубки, являющиеся основным видом хозяйственной деятельности в лесах бореального пояса, оказывают значительное влияние на их углеродный баланс и могут изменять роль экосистемы от поглотителя углерода к источнику (Pukkala, 2018). Показано, что после нарушения значительная часть потерь углерода в экосистеме связана со сдвигами в динамике почвенного дыхания (Rs) (Čater et al., 2021), которое вызвано уменьшением запасов органического вещества почвы (Дымов, 2017), изменением количественного и качественного состава растительного опада (Mayer et al., 2020) и разложением мертвых корней (Kohout et al., 2018). На территории Республики Коми располагаются крупные массивы лесов, которые охвачены активной хозяйственной деятельностью с ежегодной площадью рубок порядка 40–60 тыс. га. Однако, исследования, характеризующие их влияние на компоненты цикла углерода лесных экосистем, единичны (Осипов и др., 2019), что обуславливает актуальность исследований по изучению роли промышленных рубок на пулы и потоки углерода в лесных сообществах. Цель данного исследования охарактеризовать влияние сплошной рубки на эмиссию СО2 с поверхности почвы среднетаежного сосняка черничного.
Работа выполнена в течение вегетационных периодов 2018–2019 гг. в сосняке черничном и на вырубке сосняка черничного на торфянисто-подзолисто-глееватой иллювиально-железистой почве. Сплошная рубка проведена в 2015 г. с использованием лесозаготовительного комплекса. Эмиссию СО2 определяли инфракрасным газоанализатором LI COR 8100 с почвенной камерой 20 см один-два раза в месяц на стационарных основаниях. Непрерывное измерение температуры почвы выполнено датчиками НОВО. Для расчета выноса углерода в виде СО2 использовали уравнение Вант-Гоффа. Нормальность распределения данных и остатков линейных моделей проверялась с помощью критерия Шапиро-Уилка. Мы использовали t-критерий (pt) для парных сравнений в случае нормального распределения и непараметрический критерий Вилкоксона–Манна–Уитни (pw) в случае ненормального распределения данных. Тест Краскела-Уоллиса (pkw) был проведен для оценки сезонной динамики Rs из-за ненормального распределения исходных данных. Были использованы программные пакеты Microsoft Excel 2010 и R 4.03. Статистический анализ выполнен при 95 % уровне значимости.
Статистически достоверная (р=0.0000) тесная положительная зависимость Rs от температуры почвы отмечена на глубине 10 см в наблюдаемые периоды на обоих участках. Более высокая взаимосвязь этих показателей была на сплошной вырубке (R2 = 0.70–0.72), тогда как коэффициент детерминации в естественно развивающемся насаждении сосняка черничного составлял 0.44 – 0.60. Температурный коэффициент Q10 в исследуемые годы различался. В 2019 году по сравнению с 2018 годом он был выше в 2.8 раза в сосняке и в 1.8 раза на вырубке сосянка. В 2018 коэффициент Q10 г. в фоновом насаждении и на вырубке был сопоставим, однако отличался в 1.9 раза в 2019 г. Влияние влажности почвы на Rs неоднозначное. На контрольном участке мы обнаружили значимую отрицательную корреляцию (R2 = 0.29–0.30, р=0.0000) между этими показателями, тогда как на вырубке связь была слабой в 2018 году (R2 = 0.06, р=0.001) и отсутствовала в 2019 году (р=0.797). Парное влияние температуры и влажности почвы на Rs было выше на сплошной вырубке (R2 = 0.61–0.78), чем в сосянке.
Установлено, что эмиссия СО2 характеризовалась увеличением с мая по июль-август и уменьшением к октябрю на обоих объектах в периоды наблюдений (pkw=0.0000 во всех случаях). Относительно высокие показатели Rs наблюдались в июле и августе. Средняя интенсивность Rs в сосняке составляла 3.01–3.70 гСм2/сут. в июле и 2.20–3.28 гСм2/сут. в августе. На вырубке среднемесячные Rs составили 2.26 и 1.54–2.26 гСм2/сут. в июле и августе, соответственно, что в 1.3–1.6 раза ниже, чем в сосняке черничном (pw <0.05).
Рассчитано, что вынос углерода с эмиссией СО2 с поверхности сосняка в бесснежный (май–октябрь) период составил 410±17 гСм2 в 2018 г., а на вырубке 242±12 гСм2, что в 1.12–1.15 раза выше, чем в 2019 г. (pt=0.0232 и pt=0.0244 соответственно). Более половины потерь углерода от Rs на обоих участках отмечено в летние месяцы, а вклад вегетационного периода составил 87–91% от общего количества Rs в бесснежный период. Однако достоверных различий между выбросом углерода в вегетационный и бесснежный период во время наблюдений на сплошной вырубке (pt> 0.05) и в 2019 г. на контрольном участке (pt=0.092) не выявлено. На сплошной вырубке мы наблюдали уменьшение выноса углерода с Rs примерно на 40% (pt=0.0000) во все исследованные периоды. Выявлено, что эмиссия С-СО2 с поверхности почвы контрольного участка летом была сопоставима с потерями углерода в виде СО2 в бесснежный период и вегетационный период на вырубке (pt> 0.05).
В среднетаежных сосняках сплошные рубки оказывают значимое влияние на почвенное дыхание. На вырубках вследствие повышения влажности почвы влияние температуры почвы на поток СО2 поверхности с ее поверхности усиливается, а роль влажности почвы в этом процессе снижается или становится незначительной. Существенное влияние сплошной рубки сосняка черничного на Rs выражалось в снижении скорости потока СО2 как в отдельные месяцы (в 1.3–1.6 раза), так и на общий вынос углерода с поверхности почвы (в 1.6–1.7 раза). Мы полагаем, что на севере бореальной зоны снижение Rs после рубки сосняка, вызвано прекращением дыхания корней деревьев.
