Анализ временной изменчивости дыхания дерново-слабоподзолистой почвы в лесном и луговом ценозах южно-таежной зоны

Аннотация

Дыхание почв, представляющее один из главных потоков в глобальном цикле углерода, характеризуется высокой временной и пространственной вариабельностью. На основе непрерывного 21-летнего круглогодичного мониторинга за дыханием дерново-слабоподзолистой почвы в лесном и луговом ценозах южно-таежной зоны выполнена оценка временной изменчивости потоков СО₂ из почв на разных временных уровнях: месячном, сезонном и годовом. Наиболее значительно варьировали величины суммарного дыхания дерново-слабоподзолистой почвы на месячном уровне осреднения (коэффициент вариации, CV = 25–56%), в то время как вариабельность величины годового дыхания почв составляла 20–22%. На сезонном уровне осреднения самой высокой изменчивостью (CV = 39–44%) отличались зимние потоки СО₂ из почв, а вариабельность величины суммарного дыхания почв в остальные календарные сезоны года была близкой и составляла 26–29%. Влияние типа ценоза на суммарные потоки СО₂ из дерново-слабоподзолистой почвы было статистически достоверным как на годовом уровне осреднения, так и во все календарные сезоны года, кроме зимнего. Наиболее стабильным показателем, характеризующим особенности сезонного распределения потоков СО₂ в пределах года, является вклад теплого периода (май — октябрь) в суммарный годовой поток СО₂ из почв, в среднем составляющий 73‒77%. Его вариабельность за 21 год наблюдений в обоих ценозах составила 8%. Можно рекомендовать использовать этот показатель для получения оценок годовых потоков СО₂ из почв на основе полевых определений, проведенных только в пределах вегетационного сезона. Проведенные численные эксперименты показали, что проведение непрерывных наблюдений за эмиссией СО₂ из почв в течение пяти последовательных лет снижает вариабельность годовых и сезонных потоков СО₂ из почв более, чем в 2 раза по сравнению с одно- или двухлетним периодом измерений. Это позволяет рекомендовать пятилетний период наблюдений в качестве оптимального необходимого для получения адекватных значений годовых и сезонных потоков СО₂ из почв южно-таежной зоны.

Литература

Дмитриев Е.А. Теоретические и методологические проблемы почвоведения. М.: ГЕОС, 2001.

Егоров В.В., Иванова Е.Н., Фридланд Е.Н. Классификация и диагностика почв СССР. Москва: Колос, 1977.

Кобак К.И. Биотические компоненты углеродного цикла. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1988.

Ларионова А.А., Евдокимов И.В., Курганова И.Н. и др. Дыхание корней и его вклад в эмиссию СО₂ из почвы // Почвоведение. 2003. № 2.

Махныкина А.В., Прокушкин А.С., Меняйло О.В., и др. Влияние климатических факторов на эмиссию СО₂ из почв в среднетаежных лесах Центральной Сибири: эмиссия как функция температуры и влажности почвы // Экология. 2020. № 1.

Смагин А.В. Газовая функция почв // Почвоведение. 2000. № 10.

Bahn M., Reichstein M., Davidson E.A., et al. Soil respiration at mean annual temperature predicts annual total across vegetation types and biomes // Biogeoscience. 2010. Vol. 7. № 7.

Bobrik A.A., Ryzhova I.M., Goncharova O.Yu, et al.  CO₂ Emission and Organic Carbon Pools in Soils of the Northern Taiga Ecosystems of Western Siberia under Different Geocryological Conditions // Eurasian Soil Science. 2018. Vol. 51. № 6. http://doi.org/10.1134/S1064229318060042 .

Giasson, M.-A., Ellison A. M., Bowden R.  D., et al. Soil respiration in a northeastern US temperate forest: a 22-year synthesis // Ecosphere. 2013. Vol. 4. no. 11. http://dx.doi.org/10.1890/ES13.00183.1

Goncharova O, Matyshak G, Udovenko M, ey al. Temporal dynamics, drivers, and components of soil respiration in urban forest ecosystems // Catena. 2020. Vol. 185. http://doi.org/10.1016/j.catena.2019.104299

Han G., Luo Y., Li D., et al. Ecosystem photosynthesis regulates soil respiration on a diurnal scale with a short-term time lag in a coastal wetland // Soil Biology and Biochemistry.  2014. Vol. 68. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.09.024

Han G., Zhou G., Xu Z., et al Soil temperature and biotic factors drive the seasonal variation of soil respiration in a maize (Zea mays L.) agricultural ecosystem // Plant and Soil. 2007. Vol. 291. № 1. https://doi.org/10.1007/s11104-006-9170-8

Karelin D.V., Zamolodchikov D.G., Shilkin A.V., et al. The effect of tree mortality on CO₂ fluxes in an old-growth spruce forest // Eur J Forest Res. 2020. no. 140. https://doi.org/10.1007/s10342-020-01330-3

Koptsik G.N., Kupriianova Yu V., Kadulin M.S. Spatial Variability of Carbon Dioxide Emission by Soils in the Main Types of Forest Ecosystems at the Zvenigorod Biological Station of Moscow State University // Moscow University Soil Science Bulletin. Vol. 73. №. 2.

Kudeyarov V.N., Kurganova I.N. Respiration of Russian Soils: Database Analysis, Long-Term Monitoring, and General Estimates // Eurasian Soil Science. 2005. Vol. 38. № 9.

Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O. Contribution of Abiotic Factors to CO₂ Emission from Soils in the Freeze–Thaw Cycles // Eurasian Soil Science. 2015. Vol. 48. № 9.

Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Khoroshaev D.A., et al. Analysis of the Long-Term Soil Respiration Dynamics in the Forest and Meadow Cenoses of the Prioksko-Terrasny Biosphere Reserve in the Perspective of Current Climate Trends // Eurasian Soil Science. 2020. Vol. 53. №. 10. https://doi.org/10.1134/S1064229320100117

Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Myakshina T.N., et al. CO₂ emission from soils of various ecosystems of the Southern Taiga Zone: Data analysis of continuous 12-year monitoring // Doklady Biological Sciences. 2011. Vol. 436. № 1.

Kurganova I.N., Rozanova L.N., Myakshina T.N., Monitoring of CO₂ emission from soils of different ecosystems in Southern part of Moscow region: data base analyses of long-term field observations // Eurasian Soil Science. 2004. Vol. 37. № 1.

Lopes de Gerenyu V.O., Kurganova I.N., Rozanova L.N., et al. Annual emission of carbon dioxide from soils of the Southern Taiga soils of Russia // Eurasian Soil Science. 2001. Vol. 34. № 9.

Lopes de Gerenyu V.O., Kurganova I.N., Rozanova L.N., et al. Effect of temperature and moisture content on СO₂ evolution rate of cultivated Phaeozem: analyses of long-term field experiment // Plant, Soil and Environment. 2005. Vol. 51. № 5.

Mukhortova, L., Schepaschenko, D., Moltchanova, E., et al. Respiration of Russian soils: Climatic drivers and response to climate change // Science of the Total Environment. 2021. Vol. 785. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147314

Raich J.W., Potter C.S., Bhagawati D. Interannual variability in global soil respiration, 1980-94 // Global Change Biology. 2002. Vol. 8. № 8.

Tang J., Baldocchi D.D., Xu L. Tree photosynthesis modulates soil respiration on a diurnal time scale // Global Change Biology. 2005. Vol. 11. № 8.

Wang W., Peng S., Wang T., et al. Winter soil CO₂ efflux and its contribution to annual soil respiration in different ecosystems of a forest-steppe ecotone, north China // Soil Biology and Biochemistry. 2010. Vol. 42. № 3.

Xu, M., & Shang, H. Contribution of soil respiration to the global carbon equation // Journal of Plant Physiology. 2016. Vol. 203. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2016.08.007

Zamolodchikov D.G., Karelin D.V. An empirical model of carbon fluxes in Russian tundra // Global Change Biology. 2001. Vol. 7. № 2.