CC BY
56
УДК 631.433.53:630(571.1)
А. Н. ФЕДИН
Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ВЫДЕЛЕНИЯ УГЛЕКИСЛОТЫ В ЛЕСНЫХ ПАРЦЕЛЛАХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ_
В статье изложены результаты изучения определения выделения СО2 из почвы в лесных парцеллах Западной Сибири в 2013 и 2014 годах. Приведены данные по интенсивности выделения углекислого газа в различные сроки в березовой и осиновой парцеллах, которые показывают отсутствие различий интегральной характеристики напряженности микробиологических процессов в почве как в 2013, так и 2014 годах.
Ключевые слова: почвы, СО2, лес березовый, лес осиновый, сезонная динамика.
№
Введение. В настоящее время учеными во всем мире изучается интенсивность выделения углекислого газа в атмосферу, поскольку многие связывают это с промышленными выбросами СО2, но также есть ученые, которые считают, что основная масса парниковых газов выделяется из почвы [1—3 и др.], однако стоит заметить слабую изученность данного процесса в сибирских лесах, в то время как они играют немаловажную роль в регулировании содержания СО2 в атмосфере.
Цель исследований. Изучить динамику выделения углекислоты из почвы лесных насаждений в зависимости от преобладающей породы, типа лесора-стительных условий в лесостепи Западной Сибири. Планируется подтвердить данные 2013 года по отсутствию влияния древостоя на интенсивность почвенного «дыхания» в сезонной динамике.
Ожидаемые результаты.
1. В 2013 году планируется доказать различие в «дыхании почв» под типичными для зоны березовыми и осиновыми лесными экосистемами, различающимися по их ландшафтной приуроченности в наиболее промышленно развитом и интенсивно используемом в сельском хозяйстве регионе, где в лесах господствуют моновидовые парцеллы мелколиственных пород, отличающиеся климаксовым состоянием и отсутствием возрастных сукцессий.
2. В связи с отсутствием влияния древесных пород на выделение СО2 почвами, в 2014 году ожидается подтверждение результатов и сравнение «дыхания» лесных почв и почвы с полевой культурой (кукуруза).
Объект исследований. Исследования проводились на территории Москаленского района Омской области в 2013 году в 3 срока (1срок с 27.07 до 1.08; 2 срок с 11.09 до 15.09; 3 срок с 18.10 до 24.10) и в 2014 году с 30.05 по 31.10.
Изучаемое хозяйство географически расположено в координатах № 55° 05. 923' Е 71° 57. 567'. Выделение углекислого газа определялось в основных лесных формациях данного района — березовой и осиновой с разнотравным и костяничниковым типами леса.
Методика исследований. Определение выделившегося СО2 из почв проводилось по методу изучения «дыхания почвы» В. И. Штатнова (1952 г.), который заключается в поглощении щелочью углекислого газа, в последующем связывании его ВаС12 и титровании избытка щелочи HCl [4, 5] на изолированных пластиковыми «колпаками» микроплощадках 170 см2, устанавливаемых в период максимального солнцестояния с 12 до 15 часов местного часового пояса, ежедневно в течение 5 дней в пределах одного срока. Повторность наблюдений в течение 1 часа экспозиции в пределах одного дня 3-кратная; размер изолятора 10,5 см в диаметре, при размере учетной емкости 7,5 см в диаметре.
Учетная емкость помещалась на треножнике на высоте 1—2 см над поверхностью почвы. Растительность на учетных площадках срезалась непосредственно перед установкой изоляторов, с тем чтобы в почве сохранилась активность корневого и микробиологического дыхания.
Практическая значимость. Данные, полученные в ходе исследования, могут быть использованы для оценки потоков эмиссии диоксида углерода при расчетах роли лесных экосистем южной части сибирского региона в изменении содержания парниковых газов в атмосфере планеты.
Результаты исследования. В первый срок наблюдений различия в «дыхании» между парцеллами за 5 измерений оказались следующими: 10,5 %, 8,2 %, 11 %, 15,6 %, 14,7 % (рис. 1); во второй срок — 34,5 %, 1,6 %, 37,6 %, 6,7 %, 7,4 % (рис. 2); в третий срок — 18,6 %, 16,4 %, 19,7 %, 27,3 %, 25 % (рис. 3).
Результаты статистической обработки полученных данных [6] отдельно по каждой лесной формации, приведенные в табл. 1, с целью проверки соответствия сомнительных данных, показали достоверную значимость каждого отдельного измерения при вероятности 0,95.
В первом сроке после цветения эдификаторов экосистем оказалось, что в течение 5 дней различия выделения СО2 из почв между двумя лесными формациями хотя и варьировали, но в среднем были равными в пределах 10—12 кг/га*час. Лишь
Я Березовая парцелла V Осиновая парцелла
Рис. 1. Сравнительная характеристика выделения углекислоты в березовой и осиновой парцеллах с 27.07 по 01.08.2013 г.
Рис. 2. Сравнительная характеристика выделения углекислоты в березовой и осиновой парцеллах с 11.09 по 15.09.2013 г.
Рис. 3. Сравнительная характеристика выделения углекислоты в березовой и осиновой парцеллах с 18.10 по 24.10.2013 г.
на третий день наблюдений данный показатель повысился от среднего уровня на 25,5 % по березовой парцелле, и на 22 % — осиновой (рис. 1).
Во втором сроке в конце вегетации осинового леса и начала пожелтения листьев березы средний уровень выделения диоксида углерода существенно не изменился. При этом в большинстве наблюдений ранее заметные различия между лесными
формациями сгладились (рис. 2). Но в отдельные дни наблюдений проявлялись значительные вспышки повышения «дыхания» почвы. В эти дни расхождения в измерениях составили 36,2 %, и 30,6 % от среднего. Но в одни дни с преимуществом осинового, а в другие — березового леса.
В конце вегетационного периода 2013 г. активность «дыхания» почвы в лесных биогеоценозах
Таблица 1
Статистическая обработка средних значений по лесным формациям
М 8 т СУ
1 срок
Березовая 12,3 1,2 0,37 9,5
Осиновая 11,2 1,1 0,34 9,7
2 срок
Березовая 12,4 1,4 0,45 11,5
Осиновая 12,8 1,8 0,58 14,3
3 срок
Березовая 5,8 1,1 0,33 18,2
Осиновая 6,0 0,4 0,12 6,4
№
Рис. 4. Сравнительная характеристика выделения углекислоты в березовой и осиновой парцеллах и на поле с 30.05 по 31.10. 2014 г.
Таблица 2
Средние значения выделения СО2 в лесных парцеллах и на поле и статистическая обработка данных
Выделение СО2, кг/га*час
1 срок 2 срок 3 срок 4 срок 5 срок 6 срок
Березовая 6 11,6 13,4 14,2 11,7 1,5
Осиновая 4,3 13,8 12,3 14,2 11,3 1,2
Поле 7,6 13,1 12,2 14,2 11,6 1,3
Статистические показатели
М 6,0 12,8 12,6 14,2 11,5 1,3
8 0,8 0,5 0,3 0,0 0,1 0,1
т 0,25 0,17 0,10 0,00 0,03 0,02
СУ 13,0 4,1 2,5 0,0 0,9 5,6
тс 3,0 0,9 0,6 0,0 0,2 1,3
Р 4,1 1,3 0,8 0,0 0,3 1,8
1т 24,2 76,5 127,0 0,0 364,7 56,6
к 4,4 4,5 4,5 0,0 4,5 4,5
снизилась в два раза, по сравнению с предыдущим сроком (рис. 3). Лишь в последний день наблюдений в осиновом лесу, полностью сбросившему листву, внезапно величина дыхания почвы почти достигла уровня периода вегетации. Но, учитывая правила выбраковки сомнительных данных, [7] мы не исключили ни одной из экспериментально установленных величин.
Уменьшение температуры поверхности почвы с 30°С (1 срок) до 15°С (2 срок) не оказало влияния
на выделение углекислого газа как в березовой, так и в осиновой парцеллах, только в октябре при температуре 1—5°С (3 срок) выделение СО2 сократилось почти вдвое.
В 2014 году в ходе полевых исследований получены следующие результаты: отклонение от среднего в выделении СО2 между березовой, осиновой парцеллами и полем составило соответственно по первому сроку — 0 %, 28 %, 27 %; по второму — 9 %, 8 %, 2 %; по третьему — 6 %, 2 %, 3 %;
по четвертому — 0 %, 0 %, 0 %; по пятому — 2 %, 2 %, 1 %; по шестому — 15 %, 8 %, 0 %.
В целом в сезонной динамике 2014 года наблюдается четкое начало активного биологического процесса (май — выделение углекислоты колеблется в пределах от 4,3 до 7,6 кг/га*час), вегетационный период (июль — сентябрь — выделение СО2 колеблется в пределах от 11,3 до 14,2 кг/га*час) и его угасание (октябрь — выделение углекислоты определяется в пределах от 1,2 до 1,5 кг/га*час) (рис. 4).
Полученные данные и результаты статистической обработки данных [6] по каждому сроку, приведенные в табл. 2, с целью проверки соответствия сомнительных данных, показали достоверную значимость каждого отдельного измерения при вероятности 0,95.
Обсуждение результатов. На данном этапе исследований полученные результаты свидетельствуют о расхождении фактических данных с рабочей гипотезой. Как выяснилось позже, выделение углекислоты из почв в лесных парцеллах не зависит от вида произрастающей породы. Такой же результат показали опыты О. В. Меняйло, проведенные в Красноярском крае, которые опровергают влияние древесных видов растений Сибирского региона на активность минерализации углерода [8, с. 12]. Полученные в нашем опыте цифры являются завышенными по сравнению с экспериментальными данными ученых из Красноярска [8, с. 12] и Москвы [9, с. 582]. Эти результаты можно объяснить с позиции пространственно-временной неоднородности микросложения и биологического разнообразия в естественных биогеоценозах, при совместном влиянии множества биотических и абиотических факторов окружающей среды (температура, влажность, освещенность и др.), также не выявлена роль микробного и корневого «дыхания» в суммарной эмиссии СО2 почвами. Корневое «дыхание» может составлять по одним данным 10 — 90 % [10], по другим — 10 — 58 % [11] от общей эмиссии СО2 из почв. Для того чтобы лучше понять причины вспышки и угасания интегральной характеристики напряженности микробиологических процессов почвы в 2015 году планируется провести опыт по определению вклада корневой системы однолетних растений в суммарное «дыхание» почвы.
Выводы. Как показал опыт 2013 года, выделение СО2 не зависит от видового состава древесных по-
род, что также подтверждается различиями в почвенном «дыхании» под лесными почвами и на пашне в 2014 году.
Библиографический список
1. Наумов, А. В. Дыхание почвы: составляющие, экологические функции, географические закономерности : моногр. / А. В. Наумов. - Новосибирск : СО РАН, 2009. - 208 с.
2. Кудеяров, В. Н. Выделение углекислого газа почвенным покровом России / В. Н. Кудеяров // Природа. — 1994. — № 7. — С. 37 — 43.
3. Нагорная, О. В. Влияние различных форм природопользования на энергетические функции органического вещества чернозема типичного : автореф. дис. ... канд. биолог. наук / О. В. Нагорная. — Курск, 2008. — 17 с.
4. Вадюнина, А. Ф. Методы исследования физических свойств почв : учеб. / А. Ф. Вадюнина, З. А. Корчагина. — М. : Агропромиздат, 1986. — 416 с.
5. Ревут, И. В. Физика почв : учеб. / И. В. Ревут. — 2-е изд., доп. и перераб. — Л. : Колос, 1972. — 368 с.
6. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта : учеб. для вузов / Б. А. Доспехов. — М. : Колос, 1968. — 336 с.
7. Дмитриев, Е. А. Математическая обработка в почвоведении : учеб. / Е. А. Дмитриев. — М. : МГУ, 1995. — 320 с.
8. Меняйло, О. В. Лесообразующие виды и микробная трансформация парниковых газов в почве : автореф. дис. . д-ра биолог. наук / О. В. Меняйло. — Красноярск, 2007. — 47 с.
9. Потоки диоксида углерода, метана и закиси азота в почвах катены правобережья р. Ока (Московская область) / М. В. Семенов [и др.] // Почвоведение. — 2010. — № 5. — С. 582 — 590.
10. Hanson P. J., Edwards N. T., Garten C. T., Andrews J. A. Separating root and soil microbial contributions to soil respiration: A review of methods and observations // Biogeochemistry. — 2000. — Vol. 48, № 1. — P. 115 — 146.
11. Дыхание корней и его вклад в эмиссию СО2 из почвы / А. А. Ларионова [и др.] // Почвоведение. — 2003. — № 2. — С. 183 — 194.
ФЕДИН Александр Николаевич, аспирант кафедры
агрохимии и почвоведения.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 16.02.2015 г. © А. Н. Федин
Книжная полка
Никитин, А. Ф. Биология клетки : учеб. пособие / А. Ф. Никитин. - М. : СпецЛит, 2014. - 166 с. - ISBN 978-5-299-00573-8.
В учебном пособии изложены современные сведения о клеточной теории, типах клеточной организации и структурно-функциональных системах эукариотной клетки.
Раскрывается роль, которую играют различные клеточные структуры в фундаментальных процессах жизнедеятельности клетки: обмене веществ и превращении энергии, потоке информации, клеточной сигнализации, пролиферации, дифференциации и апоптозе. Особое внимание уделяется рассмотрению молекулярных механизмов, составляющих основу указанных процессов.
Пособие предназначено для студентов медицинских и биологических вузов, также может быть полезно всем, кто занимается изучением специальных вопросов биологии клетки.
