Влияние лесных посадок на эмиссию диоксида углерода с поверхности почвы в Поволжье и Подонье
Современное глобальное потепление климата приобретает все более выраженный характер и сопровождается усилением ряда негативных эффектов. Аридные регионы являются одними из наиболее уязвимых к изменению климата, особенно при сочетании трендов к увеличению температуры и к уменьшению осадков. В частности, такая ситуация наблюдается в южных областях Европейской части России (Доклад …, 2021). Это создает угрозы для сельского хозяйства в этих областях. Лесомелиорация традиционно рассматривается, как способ локального улучшения климатических условий и борьбы с эрозией почвы. Однако, в 1940-1950 гг. задача аридного лесоразведения ставилась более широко: речь шла об улучшении климата региона и защите от суховеев. Значительная часть масштабных лесных посадок 1950-х гг. сохранилась до настоящего времени, что дает возможность на экспериментально-полевых данных рассмотреть изменения климатических и экологических условий после облесения. ЦЭПЛ РАН проводит работы по оценке влияния лесоразведения на состояние почвы (Каганов, 2012). Цель настоящей работы состоит в оценке влияния лесных посадок на эмиссию диоксида углерода с поверхности почвы.
Полевые работы проводили в августе 2020 и 2021 гг. на следующих географических точках: 1) Волгоградская обл., Руднянский р-н, с. Козловка ; 2) Астраханская обл., ГПЗ Богдинско-Баскунчакский, участок Зеленый сад; 3) Воронежская обл., заказник Каменная степь; 4) Самарская обл., памятник природы Генковские лесополосы; 5) Ростовская обл., окр. г. Белая Калитва, ГЗЛП Пенза – Белая Калитва На каждом из объектов были выбраны лесные насаждения, созданные в начале и в середине ХХ века. Главными породами в большинстве посадок являлись дуб черешчатый, клен остролистный и вяз приземистый, в качестве пород-спутников выступали ясень пенсильванский и обыкновенный, липа мелколистная, робиния псевдоакация. Контрольные участки с травянистой растительностью выбирали вблизи лесных насаждений, обеспечивая одинаковые геоморфологические условия и принадлежность к одной почвенной разности до создания лесных культур. Травяная растительность на безлесных участках представлена разнотравными и полынно-злаковыми сообществами с доминированием вейников, полыней и ковыля. На части контрольных участков осуществляется периодическое сенокошение.
Измерения проводили камерным методом с использованием портативного газоанализатора, смонтированного на базе сенсора AZ7752. Потоки измеряли в цилиндрических пластиковых основаниях диаметром 11 см и высотой 15-20 см. Базы заранее вкапывали в почву на глубину 5 см. При измерении основание герметично накрывали пластиковой крышкой, соединенной шлангами с газоанализатором. Экспозиция крышки на базе составляла около 2 мин., отсчеты концентрации диоксида углерода записывали через каждые 20 сек. Одновременно с измерениями газового потока регистрировали температуру приземного слоя воздуха на высоте 30 см и температуру почвы на глубине 10 см с помощью термометра Checktemp 1, а также объемную влажность почвы в слое 0-7 см с помощью влагомера HH2. Одновременно на каждом участке использовали 9-10 оснований, измерения на каждом основании проводили 3 раза за сутки. При обработке данных сначала усредняли по значения, полученные на данном участке в данный срок. Полученные усредненные значения использовали в дальнейшем анализе при проверке статистических гипотез и построении регрессионных уравнений.
Хорошо известно, что лесные насаждения смягчают температурные условия. Средняя температура воздуха в лесных насаждениях составила 23.0 °С при 25.1 °С на безлесных участках (P<0.01). Разница между температурам почвы выше: 17.1 и 22.1 °С соответственно (P<0.01). Смягчающее действие лесного насаждения было тем выше, чем выше температура воздуха и почвы. Несколько неожиданно, объемная влажность верхнего слоя почвы в лесных насаждениях (5.3%) была меньше, чем на безлесных участках (7.4%)(P=0.02). Вероятное объяснение может быть связано с более эффективной транспирацией древесной растительности.
Почвенная эмиссия диоксида углерода была в лесных насаждениях заметно выше (3.0 г С м-2) в сравнении с безлесными участками (2.2 г С м-2)(P<0.01). При этом и температура почвы, и влажность почвы на лесных участках ниже. Здесь, вероятно, сказывается разница в динамике первичной продуктивности сравниваемых растительных сообществ. При однофакторном регрессионном анализе более значимое влияние на величину эмиссии показала влажность, в диапазоне от 1.7 до 14.1% ее влияние было положительным. Температура продемонстрировала отрицательное сопряжение с величиной эмиссии, очевидно, что ее реальное влияние маскируется сочетанием других факторов, то есть влажности и продуктивности.
Активизация эмиссии диоксида углерода с поверхности почвы под лесными посадками в аридных регионах может иметь важное значение для определения величин запасов почвенного углерода. Эта активизация сопутствует увеличению первичной продукции в лесных насаждениях и способствует стабилизации запасов углерода в почве на уровне, характерном для безлесных участков.
