CC BY
43
УДК 630*.161.32:582.47(571.53)
УДЕЛЬНАЯ И ОБЩАЯ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ХВОЙНЫХ ДРЕВОСТОЕВ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2012 Г.Г. Суворова, Е.В. Попова, М.В. Оскорбина, Л.Д. Копытова, В.А. Осколков, Л.С. Янькова
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН, г. Иркутск
Поступила 15.03.2012
В данной статье исследована удельная и общая брутто-продукция (GPP) древостоев трех видов хвойных, произрастающих на территории Иркутской области. Установлено, что в экстремальных условиях вегетации эти показатели изменяются в широких пределах.
Ключевые слова: удельная и общая фотосинтетическая продуктивность (брутто-продукция, GPP), хвойные древостой, экстремальные условия вегетации
Леса бореальной зоны являются основным стабилизирующим элементом функционирования климатической системы планеты в высоких широтах. В данной работе исследовано фотосинтетическое поглощение СОг хвойными древостоями регионального масштаба. Определена удельная и общая фотосинтетическая продуктивность (брутто-продукция,GPP) древостоев трех видов хвойных, произрастающих на территории Иркутской области. Анализ проведен на основе данных фотосинтеза трех видов хвойных, наиболее широко представленных в Иркутской области и имеющих наиболее важное хозяйственное и
экологическое значение: сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), лиственницы сибирской {Larix sibirica Ledeb.) и ели сибирской {Picea obovata Le-deb.).
Объектами исследования служили деревья из экспериментального насаждения СИФИБР СО РАН, заложенного в 1983 г. Эксперименты по изучению фотосинтеза хвойных продолжались в мониторинговом режиме в течение периода вегетации. Регистрацию СОг-газообмена проводили круглосуточно в течение трех дней каждой недели,
с учетом методических подходов, разработанных в [2, 6]. Поглощение углекислого газа охвоенными интактными побегами регистрировали многоканальной установкой [5], смонтированной на основе ИК-газоанализатора «Инфралит-4» («1шко1ог», Германия).
Дневную фотосинтетическую продуктивность определяли как сумму всех часовых значений видимого фотосинтеза. Годичную продуктивность фотосинтеза определяли как сумму продуктивности фотосинтеза за все месяцы вегетации.
Расчет фотосинтетической продуктивности древостоев на территорию проводили с учетом данных о возрастном составе и классе бонитета древостоев Иркутской области, абсолютно сухой массы хвои на гектар [1]. Продуктивность фотосинтеза древостоев каждого класса возраста рассчитывали исходя из данных об изменении интенсивности фотосинтеза в зависимости от возраста дерева [4].
Удельная продуктивность фотосинтеза древостоев сосны, ели и лиственницы была определена для экстремально засушливого, жаркого 2003 г, и оптимально влажных 2008-2010 гг. (табл. 1).
Таблица 1. Удельная годичная продуктивность фотосинтеза (GPP) хвойных древостоев Иркутской области в экстремальные (2003 г.) и оптимальные по увлажнению (2008-2010 гг.) годы
Продуктивность фотосинтеза (GPP), т С02 га"1
сосновые еловые лиственничные
2003 г. 8,05 13,46 15,32
2008 г. 11,45 25,29 31,95
2009 г. 12,89 23,74 28,71
2010 г. 12,82 28,63 26,00
Из анализа данных таблицы 1 следует, что удельная фотосинтетическая продуктивность изменяется в зависимости от гидротермических условий вегетации в 4 раза: от 8,05 в сосновых до 31,95 т
Суворова Галина Георгиевна, Д.бн., в.н.с., e-mail: suvorova@sifibr.irk.ru; Попова Екатерина Владимировна, к.б.н., e-mail: popovaekaterina@list.ru; Оскорбина Мария Владимировна, к.б.н., e-mail: OMaria-84@yandex.ru; Копытова Лидия Дмитриевна, к.б.н., e-mail: suvorova@sifibr.irk.ru; Осколков Владимир Александрович, к.б.н., e-mail: vosk@sifibr.irk.ru; Янькова Людмила Сергеевна, ведущий инженер-технолог, e-mail: suvorova@sifibr.irk.ru
СО2 га"1 в лиственничных древостоях. Наиболее благоприятными для высокой удельной продуктивности лиственничников были условия 2008 г., для ельников - 2010 г., для сосняков - 2009-2010 гг., что обусловлено видоспецифической реакцией фотосинтеза хвойных на воздействие факторов среды [3].
Общая продуктивность хвойных древостоев по области за период 2008-2010 гг. изменялась от 695,8 до 756,8 млн. т СО2. Однако при сравнении показаний засушливого 2003 г. (406,7 млн. т СО2),
и оптимально влажного 2010 г. (695,8 млн. т СО:) были выявлены довольно существенные различия -в среднем в 1,7 раза (рис. 1, 2). При этом сосновые древостой определяли высокие значения стока СО: главным образом за счет широкого распространения, лиственничные - за счет высокой ассимиляционной способности и широкого распространения, еловые - за счет большой ассимилирующей массы на единицу занимаемой ими территории.
Для всех административных районов Иркутской области для благоприятных вегетационных периодов 2008-2010 гг. и засушливого 2003 г. была рассчитана продуктивность фотосинтеза хвойных дре-востоев. Поскольку гидротермические условия 2008-2010 гг. были сопоставимы со среднемного-летними значениями, и величины годовой фотосинтетической продуктивности по районам области
не проявляли существенных различий, сравнения были проведены по данным 2003 и 2010 гг.
Высокой фотосинтетической продуктивностью в 2010 г. характеризовались хвойные древостой северного и северо-восточного районов (Катанг-ского, Бодайбинского и Усть-Кутского), которые поглощали в процессе фотосинтеза от 50 до 200 млн. т СОз, в год, что обусловлено значительной долей хвойных, занимающих от 50 до 80% территории районов (рис. 2). В экстремальном по климатическим условиям 2003 г. (рис. 1) наиболее продуктивными (выше 50 млн. т СО:) были только два из них - Катангский и Бодайбинский. Столь значительное для области снижение фотосинтетической продуктивности древостоев произошло за счет ин-гибирования истинного фотосинтеза и увеличения дыхательной активности хвои [6].
□ сосна
■ ель
□ лиственница
Брутто-продукция, млн. т С02
10
10-20
20-50
50 - 100
100 - 200
Рис. 1. Карта-схема фотосинтетической продуктивности хвойных древостоев Иркутской области, 2003 г. Административные районы: 1 Катангский, 2 Бодайбинский, 3 Мамско-Чуйский, 4 Усть-Илимский, 5 Кирен-ский, 6 Усть-Кутский, 7 Чунский, 8 Тайшетский, 9 Нижнеилимский, 10 Казаченско-Ленский, 11 Братский, 12 Усть-Удинский, 13 Нижнеудинский, 14 Жигаловский, 15 Балаганский, 16 Куйтунский, 17 Тулунский, 18 Качуг-ский, 19 Ольхонский, 20 Зиминский, 21 Заларинский, 22 Черемховский, 23 Иркутский, 24 Усольский, 25 Ангарский, 26 Шелеховский, 27 Слюдянский, 28 Усть-Ордынский Бурятский автономный округ
1555
Рис. 2. Карта-схема фотосинтетической продуктивности хвойных древостоев Иркутской области, 2010 г. Административные районы: 1 Катангский, 2 Бодайбинский, 3 Мамско-Чуйский, 4 Усть-Илимский, 5 Кирен-ский, 6 Усть-Кутский, 7 Чунский, 8 Тайшетский, 9 Нижнеилимский, 10 Казаченско-Ленский, 11 Братский, 12 Усть-Удинский, 13 Нижнеудинский, 14 Жигаловский, 15 Балаганский, 16 Куйтунский, 17 Тулунский, 18 Качуг-ский, 19 Ольхонский, 20 Зиминский, 21 Заларинский, 22 Черемховский, 23 Иркутский, 24 Усольский, 25 Ангарский, 26 Шелеховский, 27 Слюдянский, 28 Усть-Ордынский Бурятский автономный округ
Средней фотосинтетической продуктивностью (от 10 до 50 млн. т СОз) в 2010 г. (рис. 2) характеризовались хвойные древостой 13 центральных, восточных и западных административных районов. В условиях экстремальных температур и почвенной засухи 2003 г. фотосинтетическая продуктивность хвойных древостоев Тайшетского, Усть-Удинского районов и Усть-Ордынского Бурятского автономного округа снизилась до минимального уровня (рис. 1).
Низкими ассимиляционными возможностями, не превышающими 10 млн. т поглощенного СОз, характеризовались в 2010 г. хвойные древостой двенадцати районов южного, юго-западного и юго-восточного направления, в том числе районов с крупными индустриальными центрами Ангарск, Иркутск, Усолье, Черемхово и Шелехов (рис. 2). В
засушливом 2003 г. число этих районов увеличилось на 3 за счет сельскохозяйственных районов (рис. 1). Главная причина низких ассимиляционных значений в этой группе районов связана с сокращением площадей хвойных древостоев и с преобладанием здесь сосновых древостоев (см. круговые диаграммы на рисунках), для которых характерна более низкая ассимиляционная способность по сравнению с лиственничными и еловыми лесами.
Таким образом, установлено, что удельная и общая фотосинтетическая продуктивность хвойных древостоев Иркутской области в зависимости от увлажнения периода вегетации изменяется в широких пределах. В северных и центральных районах высокие значения брутто-продукции, по сравнению с южными, обусловлены широким распространением лесных массивов. Различия в фотосинтетиче-
1556
ской продуктивности сосняков обусловлены их широким распространением, лиственничников -высокой ассимиляционной способностью и широким распространением, ельников - большой ассимилирующей массой на единицу занимаемой площади.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Грсшев Б.И., Синицын С.Г., Мороз П.И., Сеперович И.П. Лесотаксационный справочник. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 288 с.
2. Лонг С.П., Холлгрен Д.Е. Измерение ассимиляции С02 растениями в полевых и лабораторных условиях. Фотосинтез и биопродуктивность: методы определения / [Под ред.
А.Т. Мокроносова]. Москва: ВО Агропромиздат, 1989. С. 115-165.
3. Суворова Г.Г. Фотосинтез хвойных деревьев в условиях Сибири. Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие, 2008. 258 с.
4. Суворова Г.Г. Фотосинтез и рост хвойных лесостепного Предбайкалья: Автореф. дис. канд. биол. наук. Иркутск, 1992. 19 с.
5. Щербатюк A.C. Многоканальные установки с С02-газоанализаторами для лабораторных и полевых исследований / Инфракрасные газоанализаторы в изучении газообмена растений. М.: Наука. 1990. С. 38-54.
6. Щербатюк A.C., Русакова Л.В., Суворова Г.Г., Янъ-кова Л.С. Углекислотный газообмен хвойных Предбайкалья. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1991. 135 с.
UNIT AND TOTAL PHOTOSYNTHETIC PRODUCTIVITY OF CONIFEROUS STANS OF
IRKUTSK REGION
2012 G.G. Suvorova, E.V. Popova, M.V. Oskorbina, L.D. Kopytova, V.A. Oskolkov, L.S. Yankova
Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS, Irkutsk
In this paper unit and total gross primary production of coniferous stands growing on the territory of Irkutsk region have been investigated. It was determined that under conditions extreme of vegetation these indexes are changing in wide ranges.
Key words: unit and total photosynthetic productivity (gross primary production, GPP), coniferous stands, conditions extreme of vegetation
Galina Suvorova, Doctor of Biology, e-mail: suvorova@sifibr.irk.ru; Ekaterina Popova, Candidate of Biology, e-mail: popovaekaterina@list.ru; Maria Oskorbina, Candidate of Biology, e-mail: OMaria-84@yandex.ru; Lidia Kopytova,, Candidate of Biology, e-mail: suvorova@sifibr.irk.ru; Vladimir Oskolkov, Candidate of Biology, e-mail: vosk@sifibr.irk.ru; Ludmila Yankova, Technology Ingenier, email: suvorova@sifibr.irk.ru
1557
