Потери углерода травяной составляющей при разложении растительного вещества в болотных комплексах Васюганского болота Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 551.0 + 556.56

Е.К. Вишнякова, Н.П. Миронычева-Токарева ИПА СО РАН, Новосибирск СГГ А, Новосибирск

ПОТЕРИ УГЛЕРОДА ТРАВЯНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ РАСТИТЕЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА В БОЛОТНЫХ КОМПЛЕКСАХ ВАСЮГАНСКОГО БОЛОТА

Рассмотрена динамика разложения доминантных видов трав в болотных комплексах южной тайги Западной Сибири. Разложение растительных остатков на болотах происходило в теплое время года, когда уровень болотных вод снижался, и кислород свободно проникал в верхнюю часть торфяного горизонта. Наибольшая скорость разложения наблюдалась у вахты трёхлистной, как листьев, так и корневищ - потери до 80% углерода от исходной величины за два года опыта. Медленнее всего разлагались корни и узлы кущения пушицы - потери 20 % углерода за два года.

E.K. Vishnyakova, N.P. Mironycheva-Tokareva Institute of Soil Science and Agrochemistry (ISSA) SB RAS 18 Sovetskaya Ul., Novosibirsk, 630099, Russian Federation Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)

10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation

THE CARBON LOSSES OF HERB SPECIES DURING DECOMPOSITION OF PLANT MATERIALS ON VASYUGAN BOG COMPLEXES

In article is described decay dynamics of herb dominant species in bog complexes of the south taiga subzone in West Siberia. On bog plant material decomposition has taken place during warm time of year when water table was low and oxygen passed easily in upper part of peat. Maximum decay rate belong to Menyanthes trifoliate L., the leaves and rhizomes losses are 80 % of carbon relatively initial value after two years of experiments. The roots and rhizomes of Eriophorum vaginatum L. decomposed slow then other fractions, the carbon losses were 20 % after two years of experiments.

В последнее время значительная часть торфяных болот Западной Сибири испытывает всё более возрастающее антропогенное влияние. На юге региона -это осушение болотных массивов с целью добычи торфа и лесомелиорации. На севере территории большое значение имеет загрязнение поверхности болот вследствие развития инфраструктуры нефтегазового комплекса. До недавнего времени болота привлекали внимание ученых и практиков главным образом лишь с точки зрения запасов торфа и качества торфяного сырья, как ценного природного ресурса. В последние годы на первое место вышла биосферная роль болот. Одной из наиболее важных биосферных функций болотных экосистем является связывание углерода в результате фотосинтеза, депонирование его в торфяной залежи и выделение в виде углекислого газа.

Несмотря на широкое распространение в Западной Сибири торфяных болот фактические данные о скорости накопления и содержании углерода в торфяных залежах весьма ограничены, что препятствует установлению их

истинной роли в глобальном цикле углерода, в формировании и поддержании биологического разнообразия региона.

Торфяные болота имеют непосредственное отношение к поддержанию газового состава атмосферы, выполняя буферную роль в процессах глобального изменения климата, накапливая в виде торфа или выделяя органический углерод в виде углеродсодержащих газов (углекислого газа и метана) [1].

Интенсивность разложения опада определяется не только его химическим составом, но так же видовой принадлежностью и климатическими условиями экотопа. Содержание видоспецифичных антисептиков, катехинов и танинов способствуют хорошей сохранности отдельных видов. Деструкцию лимитирует влажность опада. Как пересыхание ветоши, так и избыточное насыщение влагой замедляет процессы разложения. Температурные инверсии так же замедляют или ускоряют процессы минерализации [2-5].

Исследование проводилось в южнотаежной подзоне Западной Сибири в северо-восточной части Большого Васюганского Болота в Томской области. На ключевом участке был заложен трансект, охватывающий рям, осоковосфагновую топь и грядово-мочажинный комплекс.

Первая экосистема (рям) - кустарничково-сфагновое болото с Pinus sylvestris L. (сомкнутость крон 0,1, высота деревьев колеблется в пределах 0,53,0 м, диаметр стволиков 3-12 см). Кустарничково-травяной ярус представляет собой микроассоциации с доминированием Chamaedaphne calyculata (L.) Moench и Ledum palustre L. на кочках высотой 50-80 см и Eriophorum vaginatum L. в межкочьях. В моховом ярусе доминируют Sphagnum fuscum (Schimp.) Klinggr., Sph.magellanicum Brid. - на кочках и Sph.angustifolium (Russ. ex Russ.) C. Jens. (п/п 30 %) - в межкочьях. Кочки хорошо выражены и занимают 70 % общей поверхности.

Вторая экосистема (переходная зона) - кустарничково-осоково-сфагновое болото с пушицей. Растительное сообщество двухъярусное. На кочках доминируют в кустарничково-травяном ярусе - Chamaedaphne calyculata, Andromeda polifolia L., Oxycoccus microcarpus Turcz. ex Rupr. и Eriophorum vaginatum. Высота кочек колеблется от 20 до 50 см и занимают они около 50% площади. Проективное покрытие кустарничками и пушицей на кочках составило 60%. В межкочьях доминируют Carex rostrata Stokes и Oxycoccus palustris Pers. с проективным покрытием 40-50 %. Моховой ярус на кочках представлен Sph. fuscum, Sph. magellanicum, Sph. angustifolium; в межкочьях -Sph. balticum (Russ.) Russ. ex C. Jens. и Sph. fallax (Klinggr.) Klinggr.

Третья экосистема представляет собой осоково-сфагновую топь с хорошо выраженным травяным ярусом. Доминируют Carex rostrata, C. limosa L. и Menyanthes trifoliate L. Узкой извилистой полосой в середине топи расположено сообщество с Equisetum fluviatile L. Из кустарничков в доминанты выходит Oxycoccus palustris Pers., вересковые кустарнички встречаются единично. Также единично встречаются Scheuchzeria palustris L. и Drosera rotundifolia L. Моховой ярус представлен Sph. fallax, Sph. balticum, Sph. majus (Russ.) C. Jens.

Четвертая и пятая экосистемы являются частью грядово-мочажинного комплекса. На грядах деревья (Pinus sylvestris) и кустарнички находятся в более

угнетённом состоянии, чем в сообществе ряма. Из трав изредка встречаются Rubus chamaemorus L. и Eriophorum vaginatum (проективное покрытие кустарничков и трав 35 %). В моховом покрове доминантом является Sph. fuscum, в микропонижениях гряд встречаются зеленые мхи, лишайники и печеночники. В мочажинах преобладающим сообществом является пушицево-сфагновое. Кустарничково-травяной ярус не превышает 15 см в высоту и состоит всего из нескольких видов: Andromeda polifolia, Eriophorum russeolum Fries, Scheuchzeria palustris и Oxycoccus palustris, дающих проективное покрытие не более 10%. В малом обилии присутствуют росянки Drosera rotundifolia и D. anglica Huds. В моховом покрове преобладают Sph. balticum и Sph. papillosum Lindb.

Эксперименты по определению скорости разложения растительных остатков доминантных видов трав в активном слое болот проводились с 2000 по 2007 годы. Для определения характера и скорости разложения отдельных видов растений применялся метод закладки растительного вещества в торф [4]. Растительный материал закладывался в верхний активный слой болотной почвы на глубины 5, 15 и 25 см в десятикратной повторности. Кроме того, листья и ветошь трав закладывались еще и на поверхности мохового покрова. Всего было использовано в эксперименте 8 видов трав.

Химическому анализу были подвергнуты зеленые листья, ветошь и подземные органы осок и вахты (табл. 1). Наибольшая зольность и содержание кальция наблюдались у фракции ветоши вахты; содержание азота, фосфора, калия, натрия и магния больше во фракции зеленых листьев вахты. Во фракциях растительного вещества осоки волосистоплодной содержание всех упомянутых элементов меньше, но при сравнении их между собой наиболее богаты зольными элементами и азотом - зеленые листья осоки. Потери массы растительного вещества соответствуют потерям углерода в процессе разложения.

Таблица 1 Химический состав фракций трав

Виды и фракции Содержание элементов (% на абсолютно сухое вещество)

зольные элементы С N P K Na Ca Mg

Carex lasiocarpa

зеленые листья 3.45 4B.2B Q.B4 Q.27 1.11 Q.Q2 Q.Q6 Q.Q9

ветошь 1.Q6 49.47 Q.69 Q.Q6 Q.12 Q.Q1 Q.Q4 Q.Q2

корни и корневища 1.42 49.29 Q.67 Q.14 Q.17 Q.Q1 Q.Q4 Q.Q4

Carex limosa

зеленые листья 2.9B 4B.51 - - Q.BB Q.Q1 Q.QB Q.13

M denyanthes trifoliata

зеленые листья 9.36 45.32 1.27 Q.7Q 2.72 Q.22 Q.61 Q.32

ветошь 11.52 44.24 1.Q9 Q.29 Q.33 Q.Q9 Q.B6 Q.19

корни и корневища 7.QQ 46.5Q Q.36 Q.3B Q.64 Q.19 Q.B5 Q.16

За первый год зеленые листья морошки потеряли около 40 %, потери в течение второго года чуть меньше (рис. 1). Ветошь морошки разлагалась в первый год медленнее, чем зеленые листья, а во второй год - быстрее. В

результате двухлетних экспериментов потери зеленых листьев и ветоши составили 70-80 %.

Зеленые листья пушицы влагалищной разложились за год на 1/4 часть от исходного веса, потери листьев в течение второго года достигли 30 %. Узлы кущения и корни пушицы относятся к медленно разлагающимся фракциям. Их потери в течение первого года колебались от 12 до 20 % и резко снизились до 27 % в течение второго года.

Зеленые листья осок при разложении в осоково-сфагновой топи за первый год разложения потеряли почти половину исходного веса, на второй год потери снизились и составили лишь около 10 %. Ветошь осок при разложении потеряла 20-30 % массы в первый год и 30-40 % во второй. В отличие от зеленых листьев потери ветоши в течение второго года опыта превышают потери первого года. Наиболее существенные потери массы подземных органов осок, примерно третья часть, наблюдались в первый год, несмотря на снижение скорости разложения во второй год, потери за два года опыта составили почти половину исходного веса.

Рекордсменом по скорости разложения является вахта трехлистная. Все ее фракции уже за первый год эксперимента теряют половину или более массы. После двух лет потери зеленых листьев достигли 90 %; ветошь, корневища и крупные корни потеряли на 5-10 % меньше; фракция мелких корней разлагалась несколько медленнее - ее потеря массы чуть менее 60 %.

Ветошь и корневища шейхцерии, закладывавшиеся в мочажине, в первый год имели довольно похожие величины потери массы (22 %), на следующий год потери ветоши снизились в два раза, а потери корневищ в три раза.

100.0

90.0 -

80.0 -

0 70.0 -

ГО

ч 60.0 -

0)

ЕЕ 50.0 -

1 40.0-

&

с 30.0 -20.0 10.0 -

0.0

Шш

□ за первый год

] за второй год

I

Carex lasiocarpa

зеленые листья ветошь корни и корневища зеленые листья ветошь корневища корни ветошь корни и корневища еа еы ья и ащ ен сть нии ив елзе лси корин нерв ко

Carex rostrata Menyanthes trifoliata Scheuchzeria Eriophorum

palustris vaginatum

топь мочажина куст.-пуш.-сф.с-

во

Rubus

chamaemoшs

Рис. 1. Потери углерода при разложении фракций травянистых растений

Убывание скорости разложения трав по фракциям и видам можно изобразить в виде схемы

Снижение скорости разложения фракций

О

н

к

о же

О) н и

я с и О и

д о

ос « т и

Зеленые листья

Menyanthes trifoliata

Rubus chamaemorus Carex rostrata Carex lasiocarpa Carex limosa Eriophorum vaginatum

Ветошь Подземные органы

Menyanthes trifoliata Menyanthes trifoliata

Rubus chamaemorus Carex rostrata

Carex rostrata Carex lasiocarpa

Carex lasiocarpa Scheuchzeria palustris

Scheuchzeria palustris Eriophorum vaginatum

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. Потери углерода при разложении травяной составляющей растительного вещества торфяных болот южной тайги в среднем за год колеблются в пределах от 25 до 50 %.

2. Растения из семейства Cyperaceae разлагаются в 2 раза медленнее, чем двудольные растения. Узлы кущения и корни пушицы относятся к медленно разлагающимся фракциям. Их потери в течение первого года колебались в пределах 12-20 % и резко снизились на второй год до 7 %. Потери массы подземных органов осок за два года опыта составили почти половину исходного веса.

3. Внутри травяной составляющей фракции листьев, корней и корневищ лидирующие позиции по потерям при разложении занимает вахта трехлистная из семейства Menyanthaceae.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Углерод в экосистемах лесов и болот России / Под ред. Алексеева В.А. и Бердси Р.А. - Красноярск, 1994. - 224 с.

2. Edwards, C.A. Decomposition processes / C.A. Edwards // Oak ridge research site annual progress report, 1972. - P. 26-37.

3. Пьявченко, Н.И. Биологическая продуктивность и круговорот веществ в болотных лесах Западной Сибири / Н.И. Пьявченко // Лесоведение. - 1967а. - № 3. - С. 32-43.

4. Козловская, Л.С., Медведева, В.М., Пьявченко, Н.И. Динамика органического вещества в процессе торфообразования. - Л.: Наука, 1978. -171 с.

5. Bartsch, I., Moore, T.R. A preliminary investigation of primary production and decomposition in four peatlands near Schefferville, Quebec / I. Bartsch, T.R. Moore // Canadian Journal of Botany. - 1985. - Vol. 63. - P. 1241-1248.

© Е.К. Вишнякова, Н.П. Миронычева-Токарева, 2010