CC BY
64
ДЕСТРУКЦИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА В ЛЕСОТУНДРЕ
Нина Петровна Миронычева-Токарева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской Академии наук, 630090, Россия,
г. Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, 8/2, кандидат биологических наук, заведующая лабораторией биогеоценологии;
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, тел. (383)3610886, e-mail: [email protected]
Наталья Павловна Косых
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской Академии наук, 630090, Россия,
г. Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, 8/2, кандидат биологических наук, старший научный
сотрудник, e-mail: [email protected]
Наталья Геннадьевна Коронатова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской Академии наук, 630090, Россия,
г. Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, 8/2, кандидат биологических наук, научный сотрудник, тел. (383) 363 90 18, e-mail: [email protected]
Проведенные экспериментальные исследования по разложению растительного вещества в лесотундре показали, что разложение в активном 30-сантиметровом слое торфа замедленно. Сфагновые мхи являются наиболее устойчивыми к разложению - потери сухого вещества составили 6-11%. Потери массы сосудистых растений колеблются в пределах от 15 до 27%. В среднем в экосистеме плоскобугристого болота потери углерода составили 14%. Относительные потери азота в растительных остатках превышают потери углерода в 3-5 раз. При разложении корней вересковых кустарничков и мочажинного мха Sphagnum balticum азот теряется медленнее, чем углерод. Относительные потери фосфора для листьев и корней Chamaedaphne calyculata, Ledum decumbens и Sphagnum balticum в 1.5-2.6 раза больше, чем потери углерода. Наиболее подвижными из зольных элементов оказались натрий и калий.
Ключевые слова: Деструкция, растительное вещество, сфагновые мхи, травы, кустарнички, азот, углерод.
DECOMPOSICION OF PLANT BIOMASS IN FOREST-TUNDRA SUBZONE
Nina P. Mironycheva-Tokareva
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev, Ph.D., Head of Biogeocenology Laboratory, Department of Ecology and Nature Management;
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., tel. (383)3610886, e-mail: [email protected]
Natalya P. Kosykh
Institute of Soil Science and and Agrochemistry SB RAS, Russia, 630090, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev, Ph.D., senior research scientist, e-mail: [email protected]
Natalia G. Koronatova
Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090, Russia, Novosibirsk, Ac.Lavrentyev st., 8/2, PhD, research associate, tel. (383) 363 90 18, e-mail: [email protected]
Global warming leads to permafrost degradation, increasing of peat degradation and changing of balance parameters of macroelements. The experimental researches on plant matter decomposition reveal that decomposition in 30-cm top layer is slower than in forest tundra subzone. Due to their chemical composition Sphagnum mosses are the most stable to decomposition - dry matter losses were 6-11%. Losses of vasicular plants mass ranged from 15 to 27%. Average loss of carbon in palsa ecosystem was 14%.
Comparative nitrogen loss in plant remains was 3-5 times higher than carbon loss. During the dwarf shrubs and Sphagnum balticum decomposition loss is slower than carbon loss. Comparative phosphorus loss during foliage, dwarf shrub roots and Sphagnum balticum decomposition 1.5-2.6 times higher than carbon loss. Natrium and potassium are the most mobile elements among ash elements.
Key words: decomposition, the plant matter, sphagnum mosses, shrubs, grasses, carbon, nitrogen.
Развитие инфраструктуры газодобывающей промышленности на севере Западной Сибири вызывает нарушение естественного растительного покрова лесотундровых экосистем. Нарушении лишайникового покрова, который в естественных экосистемах отражает значительную долю солнечного тепла, вызывает протаивание вечной мерзлоты и образование термокарстовых понижений и озер. Оттаивание мерзлого слоя плоскобугристых болот способствует усилению процессов разложения торфяного слоя и, как следствие, к увеличению выброса в атмосферу углеродсодержащих газов - углекислого газа и метана. Увеличение в атмосфере концентраций этих газов, являющихся парниковыми, способствует потеплению климата на нашей планете. Стационарные исследования современных скоростей продукции и деструкции на болотах лесотундры необходимы для индикации процессов изменения климата.
Целью данной работы было выявление характера процессов разложения доминантных видов растений в экосистеме плоскобугристого болота, в лесотундре.
Район исследования располагается в пределах водораздела рек Надым и Ныда (район п. Пангоды). Среднегодовая температура местности -6.6°С, годовая сумма осадков 430 мм. Пробная площадь включает две экосистемы - плоские мерзлые бугры и талые мочажины. Кустарничково-сфагново-лишайниковые плоские бугры имеют высоту 40 см от поверхности мочажин, достигают от 50 до 100 м в ширину, очертания бугров сильно извилистые. Поверхность плоских бугров неровная, с большим количеством микропонижений различной глубины, часто имеющих форму трещин. В таких трещинах термокарстового происхождения наблюдается близкое залегание минерального грунта к поверхности. Глубина залегания вечной мерзлоты в летнее время колеблется от 30 до 50 см ниже поверхности мхов и лишайников. Кустарничковый ярус на вершинах плоских бугров редко поднимается выше 10 см от лишайникового покрова, как бы прячась в него, лишь в понижениях и на склонах бугров мощ-
ные стелющиеся побеги Ledum decumbens (Ait.) Lodd. ex Steud. и Betula nana L., являющихся доминантами этого яруса, достигают 30 см в высоту. Общее проективное покрытие кустарничков составляет 20% Травяной ярус образован в основном Rubus chamaemorus , которая дает 10% проективного покрытия, изредка встречаются Eriophorum vaginatum. и Carex globularis. В моховолишайниковом покрове лишайники занимают господствующее положение и по величине проективного покрытия, на них приходится 70%, и по числу видов. Доминантами здесь являются Cladonia stellaris, Cl. stygia и Cetraria nivalis. Из мхов наибольшим обилием обладает Sphagnum fuscum., он занимает 20% покрытия и растет в небольших микропонижениях. В термокарстовых просадках наблюдается совсем другой набор мхов - Sphagnum balticum, S. compactum и Warnstorfia fluitans.
Мочажины в плоскобугристом комплексе имеют удлиненную зигзагообразно изогнутую форму, достигая 50 м в длину и 15-20 м в ширину. За вегетационный период мочажины оттаивают на глубину более 1 м. Здесь можно встретить те же кустарнички, что и на буграх, только в угнетенном состоянии и в малом обилии. Травяной ярус представлен в основном Eriophorum russeolum Fries с проективным покрытием до 10%, присутствуют также Carex rotundata Wahlenb. и Rubus chamaemorus. В моховом покрове доминирует Sphagnum balticum. При продвижении к центру мочажины наблюдается приближение уровня болотной воды к поверхности, исчезновение кустарничков, преобладание Carex rotundata в травяном ярусе, который в свою очередь становится более редким (5-7% проективного покрытия). В моховом покрове тоже происходят изменения - преобладающими видами становятся Sphagnum lindbergii и Warnstorfia fluitans. Осоково-сфагновые сообщества могут полностью занимать центральные части мочажин или же только окаймлять полосой открытую водную поверхность, находящуюся в самом центре мочажины. Как правило, большое количество свободной воды не стоит долго на одном месте, а медленно перетекает или в нижележащие мочажины или в крупные озера. Тогда поверхность торфа недавно освободившегося от воды начинает заселяться сначала осокой, а затем и мхами. Торф в таких мочажинах жидкий и обладает высокой степенью разложения. Поселившиеся сфагновые мхи находятся в крайне угнетенном состоянии.
Деструкция изучалась у 2 видов кустарничков, 3 видов трав, 3 видов сфагновых и 2 видов гипновых мхов, 3 видов лишайников (всего 13 видов).
Болотные растения, использовавшиеся в нашем эксперименте, по химическому составу можно разделить на 3 группы. К первой группе относятся сфагновые мхи и лишайники. Они имеют низкую зольность (0.9-1.7%) и весьма бедны азотом и фосфором. Сотношения C:N и С:Р велики и неблагоприятны для атаки микроорганизмами и беспозвоночными (табл. 1). Ко второй группе принадлежат кустарнички и травы. Содержание зольных элементов в их листьях 3.3-3.5%, в корнях кустарничков немного меньше - 2.6%, также эта группа отличается повышенным содержанием N, Р и Са по сравнению со сфагновыми мхами. Соотношения C:N и С:Р листьев кустарничка Chamaedaphne calyculata
равны 65 и 457, соответственно, что существенно меньше, чем у сфагновых мхов.
Третью, резко контрастирующую группу составляют гипновые мхи, содержание золы в них 18.5%. Соотношения 0:N и С:Р у гипновых мхов являются наименьшими, что свидетельствует о большей доступности для разложения.
Потеря в весе сухой массы листьев кустарничков Chamaedaphne calyculata и Ledum decumbens за год на поверхности мохово-лишайникового покрова бугров составила от начального веса 17% и 14% соответственно (табл.2. Ветошь осоки Carex globularis разложилась за год на 15%. Сходные потери за год (18%) имели и корни кустарничков при разложении в активном (0-30 см) торфяном слое бугра. Быстрее других растений на буграх разлагались листья и корневища морошки Rubus chamaemorus - за год они потеряли четвертую часть от исходной массы. Ветошь осоки Carex limosa закладывали в мочажине, снижение массы при ее разложении на поверхности мохового покрова в течение года составило 20%.
Сфагновые мхи разлагаются медленнее, чем другие исследованные растения. Sphagnum fuscum разложился в торфяном слое бугра за год на 8%, потери Sphagnum balticum и Sphagnum papillosum в торфяном слое мочажин составили 6-11%. С одинаковой скоростью в торфе бугров и мочажин разлагались лишайники - в среднем 14% потерь от исходного веса за год.
Для сравнения был привезен очес двух видов гипновых мхов из ефтрофно-го болота в южной тайге и заложен в олиготрофные условия мочажины плоскобугристого болота. За год гипновые мхи потеряли 30-35% от исходного веса.
При сравнении величин потерь при разложении на плоскобугристом болоте в зоне лесотундры и верховом болоте в подзоне средней тайги, в общем можно сказать, что в средней тайге разложение растительных остатков происходило быстрее, чем в лесотундре. Наблюдалась существенная разница в величине потерь для различных фракций растительного вещества. Листья кустарничков и ветошь трав в лесотундре разлагались медленнее лишь на 3-5%, корни кустарничков - на 7%, а потери корней осок на 20% меньше, чем в средней тайге. В три раза медленнее разлагался в лесотундре очес мхов и в два раза остатки лишайников на повышенных элементах рельефа болотных систем. Потери очеса мочажинных мхов в лесотундре меньше на 3-4%.
Подвижность макроэлементов при разложении растительных остатков уменьшается в ряду Na, K, Са, Mg, N, P, C. Потери Na за год разложения составили 78%, K - 67%, Са - 54%, Mg - 36%, N - 26%, P - 25% и C - 14%. У корней кустарничков, ветоши осоки и очеса мхов потери зольных элементов в 1.5 -2 раза больше, чем потери органического вещества. В то время как у листьев кустарничков органическая и минеральная части разлагались почти равномерно.
Изменения соотношений QN и С:Р в растительных остатках свидетельствуют о неравнозначных потерях углерода, азота и фосфора. Соотношение QN увеличилось у листьев кустарничков и Sphagnum fuscum, относительные потери азота в этих растительных остатках превысили потери углерода в 3-5 раз. У корней кустарничков и мочажинного мха Sphagnum balticum наблюдалось уменьшение соотношения QN, что говорит о том, что азот в этих растительных
остатках теряется медленнее, чем углерод. При разложении гипновых мхов наблюдалось небольшое увеличение соотношения C:N (табл.1).
Соотношение С:Р у большинства проанализированных остатков растений увеличивалось, исключение составили очес Sphagnum fuscum и гипновых мхов. Относительные потери фосфора для листьев и корней кустарничков и Sphagnum balticum в 1.5-2.6 раза больше, чем потери углерода.
Таблица 1
Изменение соотношений C:N и С:Р в растительных остатках при разложении в
течение года
Рас- C:N С:Р
тения в ис- по- в ис- по-
и их ходных фрак образцах ции сле разложения ходных образцах сле разложения
Chamaedaphne calyculata ли- 65 105 457 684
стья кор- 108 95 848 886
ни
Sphagnum fuscum очес 157 219 1268 1220
Sphagnum balticum очес 174 162 1104 1234
Гипновые мхи очес 54 65 51 47
Таким образом, в активном 30-сантиметровом слое торфа в болотных экосистемах лесотундры растительные остатки разлагаются медленнее, чем на сухих участках. Благодаря своему химическому составу сфагновые мхи являются наиболее устойчивыми к разложению растениями, потери сухого вещества составили 6-11%. Потери массы сосудистых растений колеблются от 15 до 27%. В среднем в экосистеме плоскобугристого болота потери углерода составили 14%. Наиболее подвижными из зольных элементов оказались натрий и калий.
Подвижность макроэлементов при разложении растительных остатков уменьшается в ряду Ка, К, Са, М^, К, Р, С. Потери Ка в экосистеме плоскобугристого болота в среднем за год разложения составили 78%, К - 67%, Са - 54%, Mg - 36%, К - 26%, Р - 25% и С - 14%.
У корней кустарничков, ветоши осоки и очеса мхов потери зольных элементов в 1.5-2 раза больше, чем потери органического вещества. В то время как у листьев кустарничков органическая и минеральная части разлагались почти равномерно.
© Н.П. Миронычева-Токарева, Н.П. Косых, Н.Г. Коронатова, 2013
