Динамика летнего эмиссионного потока СО2 с поверхности почв в сосновых экосистемах Центральной Сибири: количество осадков как определяющий фактор
Леса бореальной зоны, обладая высокой чувствительностью к изменению внешний условий среды, являются глобальным резервуаром углерода. Они содержат примерно 20% углерода в наземных экосистемах, большая часть которого хранится под землей в органическом веществе почв (Bradshaw, Warkentin, 2015; IPCC, 2013).
Почвенная эмиссия углерода играет важную роль в наземном углеродном цикле, поскольку объединяют процессы разложения органического вещества и дыхания корней (Wu, 2020). Ожидается, что климатические изменения станут триггером для поступления большего количества CO2 в атмосферу из-за его чувствительности к глобальному потеплению (Davidson, Janssens 2006). Однако динамика эмиссионного потока СО2 с поверхности почв все еще недостаточно изучена из-за высокой изменчивости наземных экосистем (Bond-Lamberty, Thomson, 2010).
Основными факторами в наибольшей степени контролирующими процесс почвенного дыхания в наземных экосистемах являются температура и влажность почвы, однако на сегодняшний день вопрос о влиянии атмосферных осадков становится все более актуальным. Известно, что так называемый «Birch effect» (Birch, 1858) проявляется при сильном увлажнении или засухе способствуя высвобождению дополнительное количество СО2 из почвы в атмосферу.
В нашей работе на примере двух вегетационных сезонов мы изучили как атмосферные осадки влияют на эмиссионные потоки СО2 из почв на территории среднетаежных экосистем, а также какой из факторов – влажность почвы или интенсивность осадков оказывает большее влияние на формирование эмиссионного потока.
Исследования проводились в Туруханском районе Красноярского края на базе международной научной обсерватории «ZOTTO» (60°48’00.0″N, 89°21’00.0″E). В качестве объектов исследования были выбраны сосновые биогеоценозы, как один из доминирующих типов леса в районе исследования, а также как объект лесосырьевой базы региона. Район исследования относится к Кеть-Сымской низменности, что определяет характер климатических переменных региона. Климат района резко-континентальный, амплитуда колебания среднемесячных температур может достигать 42°C (Плешиков, 2002).
Измерения почвенной эмиссии проводилось с использованием автоматизированного комплекса Li-8100A (Li-cor Biogeosciences Inc., Lincoln, USA). Измерение температуры почвы проводились на трех глубинах – 5, 10 и 15 см от поверхности с помощью почвенного температурного датчика Soil Temperature Probe Type E (Omega, США). Для измерения объемной влажности SWC (5 см от поверхности почвы) использовался влагомер Theta Probe Model ML (Delta T Devices Ltd., Великобритания). В качестве сильных дождей мы определили атмосферные осадки более 10 мм за сутки. Рассмотренные нами сезоны 2020 и 2021 гг. существенно отличались по условиям увлажнения. В сезон 2020 количество сильных дождей было порядка 9, в сезон 2021 года количество сильных дождей за период до середины августа – 3.
Различия в условиях увлажнения отразились на скорости эмиссионных потоков СО2. Средний поток СО2 за сезон 2020 года составил в среднем 4.18 ±1.0, в сезон 2021 (до середины августа) 1.76 ± 0.2 µмоль СО2 м-2 с-1.
Было установлено, что в первой половине сезона, при сильных осадках поток СО2 с поверхности почвы в первый и последующие 2 дня после дождя сохраняется на высоком уровне – в 3-4 раза выше, чем средний поток за предыдущие дни. Во второй половине сезона тенденция несколько изменяется – наблюдалось лишь двукратное увеличение эмиссии после сильных дождей. Одной из причин тому является уменьшение частоты сильных атмосферных осадков, а также снижение температуры, как фактора, увеличивающего скорость почвенной эмиссии.
Влияние влажности почв прослеживается на всем протяжение сезона (r = 0.5, p<0.05), исключая лишь периоды, когда значения влажности выше или равно оптимальным значения (SWC=30%) для рассматриваемого региона.
Таким образом, проанализировав полученные результаты можно заключить, что сильные дожди приводят к быстрому импульсному ответу со стороны почвенной эмиссии и как следствие выбросу в атмосферу дополнительного количества СО2 из почвы.
