Газообмен и баланс СО2 биогеоценозов сосняков и дубрав при изменении атмосферных условий и влагообеспеченности

С ухудшением условий водообеспеченности продуктивность дубовой экосистемы снижается, достигая в год в оптимальных условиях GPP=55.7; NPP=27.2; NEP=1.4 т СО₂ га^-1, в обычных условиях водообеспеченности для южной лесостепи (ПВПЛ = -0.5: -1.5 МПа) величин GPP=41.9; NPP=12, 2; NEP=-9 т СО₂ га^-1, в засушливых условиях (ПВПЛ= -1.5МПа) GPP=28.1; NPP=-2.8; NEP=-19 т СО₂ га^-1.

Наибольшую долю в автотрофное дыхание вносит дыхание корней. Для сосновго древостоя эта величина составляет 47% от автотрофного дыхания, для дубового древостоя в оптимальных условиях водообеспеченности 67%. С увеличением недостатка влаги дыхание ствола резко увеличивается, а дыхание корней уменьшается. Наименьшая доля вклада в автотрофное дыхание биогеоценоза была у облиственных (охвоенных) побегов и составляет у сосны 13%, у дуба 6-7 %.

Темносерые лесные почвы лесостепной зоне имеют эмиссию СО₂ более высокую, чем песчаные дерновоподзолистые почвы южной тайги. В результате дубовый биогеоценоз лесостепной зоны даже в оптимальных по увлажнению условиях имеет баланс СО₂ значительно ниже, чем высокопродуктивный сосновый в южной тайге.

Сравнительная продуктивность в сосновых и дубовых экосистемах также значительно различается: если гросс-продукция в дубняке больше на 40%, чем в сосняке, то нетто-продукция в дубняке из-за того, что автотрофное дыхание в обоих древостоях практически одинаковое, по абсолютной величине различаться в два раза. Из-за сильного (в 4 раза) различия гетеротрофного (почвы) дыхания, NEP в этих экосистемах также сильно различается. В дубовой экосистеме NEP колеблется около нуля, тогда как в сосняке она положительна и составляет 6.2 т СО₂ га^-1 год^-1. Это в основном обусловлено значительно большей эмиссией СО₂ темносерой лесной почвы в зоне южной лесостепи, чем песчаной, подзолистой почвы в таежной зоне.

Таким образом, в дубовой экосистеме южной лесостепи даже в оптимальных условиях увлажнения за теплый период времени года баланс СО₂ колеблется около нуля, а в сосновой экосистеме южной тайги происходит сток СО₂.

В кислично-черничном сосняке GPP за год равна 36.8 т СО₂ га^-1 год^-1, в пушицево-сфагновом разреженном древостое GPP равна 3.2 т СО₂ га^-1 год^-1. При пересчете GPP на единицу массы хвои GPP равна в кислично-черничном типе 7.2 т СО₂ га^-1 т^-1, а в пушицево-сфагновом при уровне грунтовых вод на 0-10см 2.3 т СО₂ га^-1 т^-1, при оптимальных условиях водоснабжения (уровне грунтовых вод около 20 см) 4.5 т СО₂ га^-1 т^-1

GPP в южно-таежной зоне в сосновых насаждениях снижена в заболоченном древостое в основном из-за значительно меньшего количества фотосинтезирующих органов. Однако причина снижения их количества в первую очередь обусловлена снижением в два раза интенсивности фотосинтеза при высоком (свыше 0 - 10 см) уровне стояния грунтовых вод. При понижении уровня грунтовых вод до 20 см интенсивность фотосинтеза сравнивается с интенсивностью фотосинтеза соснового насаждения Iа бонитета. Второй причиной снижения продуктивности мы предполагаем большое количество отмирающих тонких корней в заболоченном типе леса при высоком стоянии уровня грунтовых вод; в результате ассимиляты расходуются непродуктивно.

В южной лесостепи гросс- продуктивность, главным образом, снижается в результате недостатка влаги. При недостатке влаги изменяется дневной ход фотосинтеза - он происходит только в первой половине дня, и с увеличением засухи длительность положительного баланса СО₂ уменьшается. В результате сумма дневного фотосинтеза за день также уменьшается.

Таким образом, считаем, что в таёжной зоне, при увеличении осадков и снижением температуры, в заболоченных древостоях возможно увеличении времени высокого стояния уровня грунтовых вод. Вследствие этого, произойдет еще большее снижение в них продуктивности. В случае уменьшения количества осадков и повышения температуры, в заболоченных древостоях произойдет увеличение продуктивности, а в высокопродуктивных продуктивных древостоях, произрастающие на свежих песках, возможно, произойдет снижение продуктивности.

В южной лесостепи при увеличении дефицита влаги продуктивность древостоев будет снижаться. Однако в таких условиях как Теллермановский лесной массив, где грунтовые воды находятся на глубине 10-15 м, деревья могут потреблять воду из капиллярной каймы, снижение продуктивности не будет катастрофическим, так как в случае значительного дефицита влаги до глубины 5-8м они поддерживают свои водный баланс за счет грунтовых вод. Катастрофическое снижение произойдет в случае не только при снижении атмосферных осадков, но и понижении уровня грунтовых вод, когда предрассветный водный потенциал будет ниже -1.5 МПа.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Молчанов А.Г., Хазанов В.С. Измерение и расчет поглощения ФАР побегами сосны // Лесоведение. 1975. № 2. С. 75-79

2. Молчанов А.Г. Зависимость фотосинтеза сосны обыкновенной от условий окружающей среды // Лесоведение. 1977. № 1. С. 48-54.

3. Молчанов А.Г. Динамика СО₂ в кронах соснового насаждения в связи с интенсивностью фотосинтеза // Лесоведение. 1977. № 4. С.33-42

4. Молчанов А.Г. Сравнение фитомассы березняка и сосняка в одинаковых лесорастительных условиях. // Лесоводственные исследования в подзоне южной тайги. М.: Наука, 1977. С. 51-60.

5. Молчанов А.Г., Мамаев В.В., Осипов В.В., Соколов А.А. Сравнительная характеристика биопродуктивности 40-летних соснового и березового насаждений Угличского района Ярославской области // Биологическая продуктивность лесов Поволжья. М.: Наука, 1982. С.147-163.

6. Молчанов А.Г. Эколого-физиологический метод расчета фотосинтетической продуктивности соснового древостоя // Эколого-физиологические исследования фотосинтеза и водного режима растений в полевых условиях. Труды Всес. сов. Иркутск. 1983. С.82-87.

7. Молчанов А.Г. Экофизиологическое изучение продуктивности древостоев. М.: Наука. 1983. 135 с.

8. Молчанов А.Г., Уткин А.И., Каплина Н.Ф. Биологическая продуктивность 40-летних высокопродуктивных древостоев сосны и березы // Лесоведение. 1984. № 3. С.28-36.

9. Молчанов А.Г. Соотношение фотосинтеза и транспирации у сосны обыкновенной в условиях южной тайги // Лесоведение. 1986. № 4. С. 76-82.

10. Молчанов А.Г. Вынос углекислоты с поверхности напочвенного покрова в сосновых насаждениях. // Всесоюз. совещ. ''Эксперимент и математическое моделирование в изучении биоценозов лесов и болот'': Тезисы докл. М. 1987. С. 250-253.

11. Осипов В.В., Молчанов А.Г., Жосу В.П., Молчанова Т.Г., Мамаев В.В. Особенности водного режима и некоторых физиологических процессов дуба // Состояние дубрав лесостепи. М.: Наука, 1989. С. 27-33.

12. Молчанов А.Г. Баланс углекислоты в сосновом насаждении южной тайги // Лесоведение. 1990. № 1.- С. 47-53.

13. Молчанов А.Г. Дневная динамика фотосинтеза дуба черешчатого при недостаточной влажности почвы // Лесоведение. 1992. № 1. С. 80-84.

14. Молчанов А.Г. Татаринов Ф.А. Изменчивость световых кривых фотосинтеза в пределах кроны ели // Лесоведение. 1993. № 3. С. 61-70.

15. Молчанов А.Г. Сравнение интенсивности фотосинтеза сосны в разных эдафических условиях // Лесоведение. 1993. № 6. С.76-80.

16. Цельникер Ю.Л., И.С. Малкина., А.Г. Ковалев., С.Н. Чмора., В.В. Мамаев, А.Г. Молчанов. Рост и газообмен СО₂ у лесных деревьев. М.: Наука, 1993. 256 с.

17. Молчанов А.Г., В.В. Мамаев, Ю.А, Гопиус. Фракционный состав фитомассы сеянцев дуба в условиях почвенной засухи. // Лесоведение. 1994. № 1. С. 71-76.

18. Молчанов А.Г., Т.Г. Молчанова, В.В. Мамаев. Физиологические процессы у сеянцев дуба черешчатого при недостатке влаги // Лесоведение. 1996. №1. С. 54-64.

19. Молчанов А.Г. Фотосинтетическая продуктивность заболоченного и суходольного сосновых насаждений // Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого природопользовании. Материалы конференции. М., ГЕОС. 1999. С. 215-217.

20. Молчанов А.Г., Молчанова Т.Г. Предрассветный водный потенциал листьев дуба как показатель влагообеспеченности растений // Лесоведение. 2000. № 2. С. 72-74.

21. Моlchanov A.G. Variations in photosynthetic rate of common oak in Russian south- easty forest-steppe under changing environment // Recent advances on oak health in Europe. / (eds.) T. Oszako, C. Delatour. Forest research institute. Warsaw. 2000. P. 165-173.

22. Molchanov A.G. Photosynthetic utilization efficiency of absorbed photosynthetically action radiation by Scots pine and birch forest stands in the southern Taiga // Tree Physiology. 2000. V.20. P. 1137-1148

23. Молчанов А.Г. Зависимость интенсивности фотосинтеза дуба от факторов окружающей среды // Лесоведение. 2002. №6. С. 13-22

24. Molchanov A.G. Estimation of photosynthetic productivity of a forest stands using the efficiency in the utilization of absorbed radiation by a stand for photosynthesis // Monitoring of Energy-Mass Exchange between Atmosphere and Forests Ecosystems. Gotttingen. 2002. P. 31-42.

25. Tatarinov F., J. Kurbatova, A. Molchanov, T. Minaeva, T. Orlov. Measuring of components of peat and ground vegetation CO₂ balance in a southern taiga peat bog // Ecophydrological processes in northern wetland. Selected papers of International Conference and Education Workshop Tallin. Estonia 30 June - 4 July 2003 Ed. Argo Jarvet and Elve Lode. 2003. Tallin-Tartu. P. 215-220.

26. Мамаев В. В., Молчанов А. Г. Зависимость выделения СО₂ с поверхности почвы от факторов окружающей среды в дубравах южной лесостепи // Лесоведение. 2004. № 1. С. 56-67

27. Молчанов А.Г Фотосинтетическая продуктивность дубового насаждения в юго-восточной лесостепи // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Cеверной Евроазии. 2004. C. 64-70.

28. Курбатова Ю.А, Минаева Т.Ю., Татаринов Ф.А., Молчанов А.Г., Русанович Н.Р. Временная и пространственная изменчивость газообмена СО₂ на верховом болоте южной европейской тайги // Эмиссия и сток парниковых газов на территории Cеверной Евроазии. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН. 2004. С. 41-46.

29. Мoлчанов А.Г. Фотосинтетическая продуктивность дубового древостоя в различных условиях водообеспеченности // Физиология растений. 2005. Т. 52. № 4. С. 522-531.

30. Молчанов А.Г., Т.Г. Молчанова. Распределение солнечной радиации в пологе дубового древостоя // Лесоведение. 2005. №1 С.52-62.

31. Цельникер Ю.Л., А.Г. Молчанов. Соотношение нетто- и гросс- продукции и газообмен СО₂ в высокопродуктивных сосняках и березняках // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2005. Том ХХ. С. 174-190.

32. Молчанов А.Г. Углекислотный баланс в биогеоценозах в зависимости от изменяющихся факторов окружающей среды // Идеи биогеоценологии в лесоведении и лесоразведений / ред. С.Э. Вомперский. М.: Наука, 2006. С. 230-251.

Размещено на Allbest.ru