Инструментальный метод изучения круговорота углерода в полынно-эфемеровых экосистемах Узбекистана Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ISSN 1998-4812 Вестник Башкирского университета. 2009. Т. 14. №2

389

УДК 546.26.575.1

Раздел БИОЛОГИЯ и ЭКОЛОГИЯ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ метод изучения круговорота углерода В ПОЛЫННО-ЭФЕМЕРОВЫХ ЭКОСИСТЕМАХ УЗБЕКИСТАНА

© М. Г. Насыров

Самаркандский государственный университет им. А. Навои Узбекистан, 703004 г. Самарканд, Университетcкий бульвар, 15.

Тел.: +7 (3662) 35 19 38.

E-mail: [email protected]

Обсуждаются возможности использования автоматизированных микрометеорологиче-ских измерений для оценки амплитуды годового баланса углерода в аридных условиях. Показан секветрационный потенциал полынно-эфемеровых экосистем Узбекистана как поглотителя атмосферного углерода.

Ключевые слова: баланс углерода, аридные условия, секвестрационный потенциал, микрометеорология, полынно-эфемеровые экосистемы

Полынно-эфемеровые экосистемы занимают около 18.0 миллионов гектар территории Узбекистана и играют важную роль в круговороте углерода, представляя определенную часть пастбищных ресурсов мира.

Согласно последним расчетам МГЭИК (Международная группа экспертов по изменению климата) пастбища могут играть важную роль в связывании атмосферного углерода [1]. Основываясь на исследованиях ряда авторов по запасу органического вещества и суммарной первичной продуктивности [2-4] можно заключить, что при условии оптимизации антропогенных нагрузок пастбища Узбекистана также имеют определенный потенциал для связывания значительной части СО2 в органическое вещество.

Однако прямых полевых исследований амплитуды и динамики потока СО2 на пастбищах региона не имеется. Поэтому нами были начаты соответствующие исследования по измерению и дальнейшей интерпретации суммарного потока углерода в данных экосистемах.

Основной целью исследования было измерение динамики суточного и сезонного потока СО2 с использованием мини-метеорологической техники Bowen Ratio Energy Balance System (Model 023/C02 Bowen ratio system, Campbell Scientific Inc. (CSI), Logan, UT, USA) и расчет на основе этих данных амплитуды годового баланса углерода в изучаемых экосистемах. Станция работает в автономном режиме и может замерять, обрабатывать и хранить целый массив данных, характеризующих среду, окружающую растения. Данный массив может быть обобщен до 20-минутных, суточных, сезонных и многолетних показателей экологических параметров (температура и влажность воздуха; суммарная и фотосинтетически активная радиации; сила и направление ветра; влажность и температура почвы) и потока СО2, Н2О и энергии.

Методика исследований

Теория измерения и принципы работы данной системы подробно описаны [2-4]. Концентрация СО2 и паров воды измерялась портативным инфракрасным газоанализатором (Li-Cor Inc., Lincoln, NE, USA).

Образцы воздуха забираются с двух высот: 1.0 м и 2.0 м над поверхностью растений и направляются

автоматически работающими клапанами в камеру анализатора, который измеряет градиент концентрации на указанных высотах. Параллельно определяется градиент температуры с помощью термометров, установленных на тех же уровнях.

Градиенты концентрации СО2, Н2О и температуры измеряются ежесекундно и средние за 20 минут данные записывается в специальный блок памяти. Таким образом, при правильном рабочем режиме данного прибора накапливается 72 показателя вышеуказанных параметров в сутки. В дальнейшем специальный пакет программ позволяет обобщить собранные показатели в суммарное дневное (Fday) и ночное (Fnight) поглощение и на их основе расчитать чистую продуктивность (Fnet).

Станция была установлена на полынноэфемеровых пастбищах на территории хозяйства «Раззок Джахангиров» Самаркандской области. Полынь раскидистая (Artemissia diffusa) является доминантным растением на данных пастбищах со средней плотность популяции 75 000 растений на гектар.

Результаты и их обсуждения

На основе полученных данных удалось выявить, что в среднем за вегетационный период в процессе дневного поглощения СО2 Fday (417 ± 138 г CO2 м2) и ночного дыхания Fnight (-140 ± 27 г CO2 м2) суммарная секвестрация составляет Fnet = 277 ± 146 г CO2 м2. Это приблизительно равняется закреплению 83 г С на м2 или 0.83 т/га С в течение вегетационного периода. Расчеты получены с учетом того, что 1 г органического вещества приблизительно равен 0.45 г С и 1.5 г СО2 или, наоборот, поглощение 1.5 СО2 может способствовать закреплению 0.45 г С или образованию 1 г органического вещества [8].

Иная картина наблюдается вне вегетационного периода, когда средний суточный поток составил -0.512 ± 0.243 г СО2 м2 в день. За этот период измерений закрепляется -127 ± 60 г С м2.

На основе этих расчетов удалось выявить годовой баланс углерода, равный 153 г СО2 на м2 в год или 0.45 тонн С на гектар, что еще раз показывает секвет-рационный потенциал полынно-эфемеровых экосистем Узбекистана, и это дает основание считать исследуемые экосистемы поглотителями атмосферного СО2.

390

раздел БИОЛОГИЯ и ЭКОЛОГИЯ

Полученные результаты показывают важную роль полынно-эфемеровых экосистем в поглощении атмосферного СО2. При этом относительно небольшие на единицу площади показатели закрепления СО2 полынно-эфемеровыми экосистемами компенсируются обширными площадями их распространения, что дает основание отнести их к числу экосистем - поглотителей избыточного количества атмосферной СО2 и имеющих потенциал перевода ее в биомассу растений.

Использование электронной мини-метеоро-логической станции, работающей в автоматическом режиме, позволило собрать большой массив данных, который может быть использован в качестве исходных биометрических параметров для калибровки, настройки и испытания ряда экосистемных моделей, позволяющих определить современное состояние изучаемой экосистемы и ее дальнейшее поведение при различных сценариях нагрузки. В дальнейшем при условии использования географических информационных систем (ГИС) и методов дистанцинного зондирования земли (ДЗЗ) можно экстраполировать результаты точечных исследований на сходные по эколого-фитоценотическим условиям площади, что даст возможность рассчитать баланс углерода на больших территориях.

Метод мини-метеорологических измерений потока СО2, Н2О и температуры может быть ус-

пешно применен в исследованиях по балансу углерода в аридной зоне.

ЛИТЕРАТУРА

1. Allen-Diaz et al. // Rangelands in a changing climate: Impacts, adaptations and mitigation. Scientific-Technical Analyses. Contribution of Working group II to the Second Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Cambridge University Press. 1996. P. 131-158.

2. Johnson D. A., Nasyrov M. // Quantification of CO2 exchange in grassland ecosystems of the world using tower measurements, modeling and remote sensing. In: 20th International Grassland Congress: Offered papers. Netherlands: Wageningen Academic Publishers, 2005. P. 587-588.

3. Mukimov T., Nasyrov M., Mardonov B. // The main drivers of rangelands degradation in Uzbekistan. Sustainable Development and Management of Drylands in the 21th Century. Proceedings of the Seventh International Conference on the Development of Drylands. Aleppo: ICARDA, 2005. P. 225-231.

4. Nasyrov M., Belien W., Raes D. // Productiviteit van Artemis-sia graasland in Oezbekistan (Karnap Chul region). Belgium: Katholike Universiteit Leuven Press, 2006. P. 89.

5. Campbell Scientific Inc., 023/CO2 Bowen Ratio system. Instruction manual. Logan, UT USA, 1995.

6. Dugas W. A. Micrometeorological and chamber measurements of CO2 flux from bare soil // Agricultural and Forest meteorology. 1993. B. 67. P. 115-128.

7. Dugas W. A. Bowen ratio CO2 measurements. Unpublished manuscript, 1995. P. 9.

8. Montague D. K. Carbon sequestration predictor for land use change in drylands. Technical paper n. 68. Research and Development Division, State Forest service, Sydney. 2003.

Поступила в редакцию 27.03.2009 г.