ЭМИССИЯ УГЛЕРОДА ЮЖНЫМИ ТУНДРАМИ В ХОЛОДНЫЙ ПЕРИОД ГОДА Д.Г.Замолодчиков*, В.О. Лопес де Гереню**, Д.В.Карелин***, А.И.Иващенко**, О.В.Честных* *Центр. - презентация

1 ЭМИССИЯ УГЛЕРОДА ЮЖНЫМИ ТУНДРАМИ В ХОЛОДНЫЙ ПЕРИОД ГОДА Д.Г.Замолодчиков*, В.О. Лопес де Гереню**, Д.В.Карелин***, А.И.Иващенко**, О.В.Честных* *Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН, Москва **Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино ***Биологический факультет МГУ Комплекс проблем, связанных с глобальными изменениями климата, приводят к необходимости детальных исследований процессов углеродного обмена в биосфере. Актуальным направлением таких исследований является оценка годового бюджета углерода типовых экосистем различных природных зон. По отношению к экосистемам арктического пояса баланс углерода, как правило, оценивали лишь для теплого времени года, при этом интенсивность углеродного обмена в холодный период считали пренебрежимо малой. Работы последнего десятилетия показали, что эмиссия углерода за холодный период может составлять существенную часть годичного бюджета углерода в арктических экосистемах. Однако суммарные оценки эмиссии холодного сезона, имеющиеся в научной литературе, сильно различаются: от до 131 гС м -2 сезон -1. Невысока степень изученности сезонной динамики эмиссии и ее географической изменчивости (все выполненные работы относятся к тундрам либо низовьев Колымы, либо Аляски). Цель настоящей работы состояла в оценке сезонной динамики и суммарных сезонных величин эмиссии углерода южными тундрами Северо-Востока Европейской части России. Исследования выполнялись с октября 1998 по май 1999 г. в географической подзоне южных тундр. Точка полевых работ располагалась вблизи станции Тальник (67 o 20N, 63 o 44E) в 20 км к югу от г. Воркуты. Объектами исследования были выбраны кустарничково-кустарниковая мохово-лишайниковая тундра на плоской вершине небольшого увала и осоковое болото в межувальном понижении. В каждой экосистеме выбрали по 5 постоянных пробных площадок и отметили вешками их расположение. Измерения потока СО 2 проводили в цилиндрической камере из оргстекла диаметром 42 и высотой 30 см, снабженной стальным основанием высотой 20 см. При установке камеры на пробную площадку основание погружали в снег. Регистрацию изменений концентрации CO 2 в камере осуществляли при помощи портативного инфракрасного газоанализатора "Li Cor-6200", время экспозиции составляло 2-3 мин. За день полевых работ проводили 4 (октябрь) либо 2 (остальные месяцы) измерения каждой пробной площадки. В качестве дополнительных параметров регистрировали температуры воздуха, поверхностей снега и почвы, высоту снежного покрова. Интервал между днями измерений составлял дня. В течение всего периода исследований были зарегистрированы отличные от нуля значения эмиссии углерода из экосистем в атмосферу. Найденные значения характеризовались выраженной сезонной динамикой (рис. 1). В кустарничково-кустарниковой тундре поток углерода был максимален в октябре, составляя гС м -2 сут -1. К началу декабря уровень эмиссии резко уменьшился до гС м -2 сут -1 и достиг минимума ( ) в январе. Мартовское и апрельское значение не отличались значимо от декабрьского (P= ). В мае в кустарничково- кустарниковой тундре отмечено увеличение эмиссии до гС м -2 сут -1. Сезонная динамика эмиссии углерода в осоковом болоте (рис. 1) несколько отличалась от рассмотренной выше. Декабрьский и январский потоки значимо не различались (P=0.38), а значимое (P=0.02) по сравнению с зимними месяцами увеличение уровня эмиссии имело место уже в марте. К апрелю величина потока в осоковом болоте достигла , а к маю гС м -2 сут -1. Рис. 1. Сезонная динамика суточных величин эмиссии углерода (E), температуры воздуха (TA) и температуры поверхности почвы (TS) в кустарничково-кустарниковой тундре (1) и осоковом болоте (2) за холодный сезон гг. Для эмиссии приведены средние стандартные ошибки (n=5) Величина эмиссии углерода оказалась тесно связанной с температурой поверхности почвы, причем форма зависимости близка к экспоненциальной (рис. 2) и хорошо аппроксимируется регрессионным уравнением: E = exp (0.573 TS) n=12, R 2 =0.986, S.E.=0.028; где Е величина потока углерода (гС м -2 сут -1 ), а TS температура поверхности почвы ( o C). Подобные уравнения часто используются для описания температурных зависимостей дыхания почвы. В рамках найденной закономерности становятся понятными отличия в величинах потоков углерода между исследованными экосистемами. В январе-мае средняя высота снежного покрова в кустарничково- кустарниковой тундре составляла см, в то время как на находящемся в локальном понижении осоковом болоте см. Эти различия привели к существенной разнице в сезонном ходе температур поверхности почвы (рис. 1) и, соответственно, в величинах эмиссии углерода. Рис. 2. Связь суточных величин эмиссии углерода и температуры поверхности почвы в исследованных экосистемах. 1 - результаты измерений (среднее стандартная ошибка, n=5), 2 - линия регрессионного уравнения y = exp (0.573 x) Добавив к полученным данным результаты измерений углеродных потоков в вегетационный период 1996 г. (рис. 3), можно оценить годовой бюджет углерода исследованных экосистем. Валовая первичная продукция кустарничково-кустарниковой тундры составляет гС м -2 год -1, валовое дыхание гС м -2 год -1, таким образом, за год с м -2 тундра теряет гС. 57% годовых потерь углерода приходится на холодный период и лишь 43% на теплый. Валовая первичная продукция осокового болота равна гС м -2 год -1, а валовое дыхание гС м -2 год -1. За теплый период (июнь-сентябрь) болото депонирует гС м -2, однако 40 гС м -2 выделяется в атмосферу в холодный период, в результате годовой сток углерода равен всего 14 гС м -2. Эмиссия холодного периода является заметной частью годового валового дыхания экосистемы (12% -17%) и дыхания почвы (20-25%). Отметим, что приведенные оценки справедливы для погодных условий лета 1996 г. и холодного сезона г. Рис. 3. Сезонная динамика валового дыхания экосистемы (положительные значения), валовой первичной продукции (отрицательные значения) и балансового потока углерода в кустарничково-кустарниковой тундре (А) и осоковом болоте (Б) Полученные в настоящей работе сезонные оценки эмиссии холодного периода (28-40 гС м -2 сезон -1 ) хорошо согласуются с имеющимися в литературе величинами для тундр различных типов (таблица). Оценка эмиссии холодного периода 89 гС м -2 сезон -1 лиственничными лесотундрами Колымской низменности отражает ситуацию для пояса лесотундр и северных редколесий. Работа осуществлена при поддержке ФЦНТПР 16 «Глобальные изменения природной среды и климата» и гранта «Annual carbon budget of East European south tundra ecosystems» Национального географического общества США.