Запасы углерода и азота в болотных экосистемах средней тайги Западной Сибири Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ЗАПАСЫ УГЛЕРОДА И АЗОТА В БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Елена Владимировна Миляева

Сибирская государственная геодезическая академия, кафедра экологии и природопользования, аспирант, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, (383) 3610886, milek123@mail.ru

Вера Андреевна Степанова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской Академии наук, младший научный сотрудник, 630099, г. Новосибирск, ул. Советсткая, 18, тел. (383) 222-54-15, verastep1985@rambler.ru

Евгения Константиновна Вишнякова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт почвоведения и агрохимии Сибирского отделения Российской Академии наук, младший научный сотрудник, 630099, г. Новосибирск, ул. Советсткая, 18, тел. (383) 222-54-15

Приведены новые данные по запасам углерода и азота в мертвом и живом растительном веществе олиготрофных болот средней тайги. Показано, что в экосистемах олиготрофных болот запасы углерода в мертвом растительном веществе увеличиваются, а в живом - уменьшаются Больше всего запасено азота в фотосинтезирующих частях сфагновых мхов, максимальное количество в ряме - 3,15 tN/м2. В ряду экосистем - рям, гряда, мочажина, топь запас азота, как в живых частях сфагновых мхов, так и в очесе плавно снижается.

Ключевые слова: Запасы углерода и азота, биологическая продуктивность, болотные экосистемы, Западная Сибирь, подзона средней тайги.

CARBON AND NITROGEN RESERVES IN MARSH ECOSYSTEMS OF WEST SIBERIAN TAIGA

Elena V. Milyayeva

A post-graduate student, Department of Ecology and Nature Management, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo St., 630108 Novosibirsk, phone: (383) 3610886, milek123@mail.ru

Vera A. Stepanova

Junior researcher, The Institute of Soils Study and Agrochemistry, Siberian Branch of Russian Academy of Science, 18 Sovetskaya St., Novosibirsk 630099, phone: (383) 222-54-15, verastep 1985 @rambler. ru

Yevgenuya K. Vishnyakova

Junior researcher, The Institute of Soils Study and Agrochemistry, Siberian Branch of Russian Academy of Science, 18 Sovetskaya St., Novosibirsk 630099, phone: (383) 222-54-15

In the paper the new data about carbon stock in living and dead plant matter in ombrotrophic mires in the middle taiga are presented. It was shown, in ombrotrophic mire ecosystems the carbon stock increased in the dead plant matter and it decreased in the livivng plant matter, nitrogen stock in the photocyntetic part sphagnum mosses 3,15 tN/м2.

Key words: carbon stock, nitrogen stock, mire ecosystems, Western Siberia, middle taiga subzone.

Исходя из положения о том, что основной функцией растительных сообществ и вообще природы является не продуктивность, а стремление создать стабильные системы, можно полагать, что накопление органического вещества имеет определяющее значение для роста и развития растительных сообществ болот. Роль растительности в почвообразовании чрезвычайно разнообразна, однако наиболее существенной функцией ее является синтез органического вещества. Величина накопления или потерь органического вещества в болотных почвах конкретной болотной экосистемы является главным признаком ее современного функционального состояния. Органическое вещество обладает способностью, поглощать и удерживать в больших количествах воду и эта особенность явилась предпосылкой использования создаваемых запасов мертвых растительных остатков в качестве субстрата (почвы) для устойчивого функционирования растительных сообществ. Органогенные почвы служат не только накопителем влаги, но и источником углерода и азота, количество и пропорции которых соответствуют составу произраставшей на них растительности.

Вопросы, связанные с определением ведущего источника углерода и азота для болотной растительности, до сих пор не имеют однозначного решения, хотя изменяющиеся на протяжении жизни болот условия минерального питания фитоценоза - один из главных движущих факторов развития болотной экосистемы и ее компонента - почвы.

Бюджет макроэлементов для четырех болотных экосистем в средней тайге показал наличие стока углерода и повышенное накопление элементов-биофилов в корнеобитаемом слое торфяных почв, что свидетельствует о роли последнего в регуляции обмена углекислого газа в системе растение - почва при современном состоянии уровня накопления углекислого газа в атмосфере.

Объектами наших исследований являлись болотные комплексы таежной зоны Западной Сибири (междуречье Оби и Иртыша ). Болота представлены кустарничково-сфагновыми, кустарничково-пушицевыми, осоково-сфагновыми растительными сообществами. (Табл.1)

Таблица 1. Расположение ключевых участков

Зона и подзона Название болота Координаты Название экосистем

средняя тайга выпуклое олиготрофное болото «Кукушкино» 6G°5B/ с.ш. 7G°1G/ в. д. рям, гряда и мочажина ГМК, осоково-сфагновая топь

выпуклое олиготрофное болото «Чистое» 61oG3/ с.ш. 6902b/ в. д. рям, гряда и мочажина ГМК

На основе данных по запасам растительного вещества в исследуемых экосистемах и содержания элементов во фракциях растительного вещества были рассчитаны запасы элементов в исследуемых экосистемах в слое 0-30 см.

На долю углерода приходится примерно 49% от общего запаса растительного вещества. Запасы углерода в разных экосистемах колеблются в пределах от 4164 до 5221 гС/м2, причем наибольший запас углерода наблюдался в ряме, а наименьший в осоково-сфагновой топи. Это обусловлено разницей в количестве очеса сфагновых мхов в сообществах. В топи сфагновый покров, а, следовательно, и слой сфагнового очеса, имеет гораздо более рыхлое строение, чем в других экосистемах. На долю углерода живого растительного вещества приходится от 16 до 22% от его общего запаса. В ряду экосистем - рям, гряда, мочажина, топь запас углерода кустарничков снижается от 643 до 72гС/м2, а в органах травянистых растений возрастает от 71 до 580 гС/м . (табл.2)

Таблица 2. Запасы углерода в болотных экосистемах средней тайги, г/м2

Фракции Рям Гряда Мочажина Топь

Фотосинт.фитомасса кустарничков Фотосинт.фитомасса трав Фотосинт.фитомасса мхов Общая фотосинт.фитомасса 49.16 5.28 220.38 274.82 42.48 12.75 172.76 227.99 6.16 10.37 291.95 308.48 4.82 27.25 255.40 287.47

Ветви кустарничков Корни кустарничков Корни трав Общая нефотосинт.фитомасса 428.76 165.31 65.72 659.78 394.22 171.54 111.98 677.74 184.32 59.98 237.06 481.36 28.56 38.15 553.18 619.88

Вся фитомасса 934.60 905.73 789.84 907.35

Ветошь Подстилка Сухостой Очес мхов Общая мортмасса 25.09 21.07 4240.27 4286.43 3.76 17.25 3.41 4245.32 4269.74 3.89 5.37 4085.91 4095.17 81.98 3.12 5.81 3165.67 3256.59

Все растительное вещество 5221.03 5175.47 4885.02 4163.94

Во фракции живых частей мхов максимум запаса углерода наблюдался в сообществе мочажины - 292 гС/м2.

Запас азота в исследованных экосистемах колебался в пределах 29-41 гК/м , что соответствует примерно 0,4% от запаса всего растительного вещества. На повышенных элементах рельефа запас азота выше, чем на пониженных элементах. Около одной трети всего азота содержится в живом растительном веществе, причем в ряме и на грядах значительная его часть приходится на кустарнички, а в топи на травы. Во фракции зеленой фитомассы больше всего запасено азота в фотосинтезирующих частях сфагновых мхов, максимальное количество в ряме - 3,15 гК/м . В ряду экосистем - рям, гряда, мочажина, топь запас азота, как в живых частях сфагновых мхов, так и в очесе плавно снижается (Табл. 3).

Таблица 3. Запасы азота в болотных экосистемах средней тайги, г/м2

Фракции Рям Гряда Мочажина Топь

Фотосинт.фитомасса кустарничков G.B3 G.91 G.12 G.G9

Фотосинт.фитомасса трав G.16 G.39 G.31 G.66

Фотосинт.фитомасса мхов 3.15 2.47 2.GG 1.75

Общая фотосинт.фитомасса 4.15 3.77 2.43 2.50

Ветви кустарничков 5.92 5.7G 1.96 G.37

Корни кустарничков 2.G3 2.G1 G.B4 G.57

Корни трав 1.4B 2.52 1.88 9.36

Общая нефотосинт.фитомасса 9.43 10.23 4.68 10.30

Вся фитомасса 13.57 14.00 7.11 12.80

Ветошь - G.G4 G.G7 G.B5

Подстилка G.36 G.25 G.G9 G.G4

Сухостой G.1B G.G3 - G.G5

Очес мхов 26.88 26.71 21.37 16.63

Общая мортмасса 27.42 27.02 21.53 17.57

Все растительное вещество 40.99 41.02 28.64 30.36

Сравнивая соотношение QN разных фракций растительного вещества, можно сказать, что во фракции фитомассы оно колеблется в пределах от 65 до 111. Во фракции мортмассы данное соотношение в среднем в два раза выше, чем в фитомассе. Среди фракций живого растительного вещества минимальным соотношением QN, равным 22, обладают зеленые листья Betula nana, а максимальным, равным 146, живые части Sphagnum balticum. Наименьшее соотношение QN для общего запаса растительного вещества в экосистеме было отмечено на гряде (126), а наибольшее - в мочажине (171).

При больших значениях соотношения C:N разложение органического вещества проходит медленнее. Сравнивая показатели соотношение C:N в слои 0-30 см и ниже лежащим торфяном горизонте видно, что соотношение C:N больше в слое 0-30 см. Низкое соотношение C:N в торфяном горизонте говорит о более интенсивном его разложении.

Таблица 4. Соотношение QN в болотных экосистемах средней тайги

Фракции Рям Гряда Мочажина Топь

Фотосинт.фитомасса кустарничков 59 47 5G 54

Фотосинт.фитомасса трав 33 32 33 41

Фотосинт.фитомасса мхов 7G 7G 146 146

Общая фотосинт.фитомасса 66 60 127 115

Ветви кустарничков 72 69 94 77

Корни кустарничков 81 85 71 67

Корни трав 44 44 126 59

Общая нефотосинт.фитомасса 70 66 103 60

Вся фитомасса 69 65 111 71

Окончание табл. 4

Фракции Рям Гряда Мочажина Топь

Ветошь - 99 54 96

Подстилка 70 70 61 87

Сухостой 120 120 - 120

Очес мхов 158 159 191 190

Общая мортмасса 156 158 190 185

Все растительное вещество 127 126 171 137

Выводы:

В экосистемах олиготрофных болот среднетаежной подзоны Западной Сибири запасы углерода в мертвом растительном веществе увеличиваются, а в живом - уменьшаются. Больше всего запасено азота в фотосинтезирующих частях сфагновых мхов, максимальное количество в ряме - 3,15 tN/м . В ряду экосистем - рям, гряда, мочажина, топь запас азота, как в живых частях сфагновых мхов, так и в очесе плавно снижается.

Минимальным соотношением QN, равным 22, обладают зеленые листья Betula nana, а максимальным, равным 146, живые части Sphagnum balticum. Низкое соотношение QN в зеленых листьях определяет их легкую доступность для деструкторов, а высокое - в сфагновых мхах определяет их высокую сохранность и накопление в виде торфяного слоя.

© Е.В. Миляева, В.А. Степанова, Е.К. Вишнякова, 2012