Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы: экологическая оценка запасов и потоков углерода лесостепных экосистем 9
1.1. Биогеохимические циклы углерода и их роль в устойчивом функционировании наземных экосистем 9
1.2. Запасы и потоки углерода в черноземных экосистемах 14
1.3. Современное состояние и трансформация органических соединений черноземов 21
1.4. Почвенные потоки углерода и их экологическая оценка 25
1.5. Регионально-типологические особенности антропогенной трансформации органических веществ почв и эмиссии парниковых газов в ЦЧР 30
1.6. Информационно-методическое обеспечение экологического мониторинга запасов и потоков углерода в условиях ЦЧР 34
1.7. Приоритетные задачи методического обеспечения экологического мониторинга почвенных потоков парниковых газов на объектах Центральночерноземного заповедника 38
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 43
2.1. Краткая характеристика района исследования. 43
2.2. Основные объекты исследования 54
2.3. Методы полевых и лабораторных исследований 57
ГЛАВА 3. Запасы и динамика почвенных потоков углерода в выщелоченных черноземах лесной экосистемы центрально-черноземного заповедника имени в.в. алехина (ЦЧЗ) 62
3.1. Профильное распределение органического углерода в выщелоченных черноземах лесной экосистемы ЦЧЗ 62
3.2. Сезонная динамика почвенных режимов выщелоченных черноземов ЦЧЗ 64
3.3. Особенности потоков газообразного углерода в выщелоченных ненарушенных черноземах лесной экосистемы ЦЧЗ 65
3.4. Дифференциация автотрофного и гетеротрофного дыхания модельных выщелоченных черноземов лесной экосистемы ЦЧЗ. 67
ГЛАВА 4. Запасы и динамика почвенных потоков углерода выщелоченных черноземов некосимого участка ЦЧЗ 70
4.1. Профильное распределение запасов почвенного углерода выщелоченных черноземов некосимого участка ЦЧЗ 70
4.2. Сезонная динамика почвенных режимов выщелоченных черноземов и биологическая продуктивность некосимого участка ЦЧЗ 72
4.3. Особенности потоков углерода выщелоченных черноземов некосимого участка ЦЧЗ 74
4.4. Дифференциация автотрофного и гетеротрофного дыхания модельных выщелоченных черноземов некосимого участка ЦЧЗ 76
ГЛАВА 5. Запасы и динамика почвенных потоков углерода в выщелоченных и типичных черноземах косимых степеных участков ЦЧЗ 79
5.1. Профильное распределение запасов почвенного углерода в черноземах косимых степ ЦЧЗ 79
5.2. Сезонная динамика почвенных режимов черноземов и биологическая продуктивность косимых степей ЦЧЗ 83
5.3. Особенности потоков газообразного углерода в черноземах косимых степей ЦЧЗ 86
5.4. Дифференциация автотрофного и гетеротрофного дыхания модельных черноземов косимых степей ЦЧЗ 90
ГЛАВА 6. Запасы и динамика почвенных потоков углерода типичныхчерноземов в экосистемах пастбища и черного многолетного пара ЦЧЗ 93
6.1. Профильное распределение запасов почвенного углерода типичных черноземов в экосистемах пастбища и черного пара ЦЧЗ 93
6.2. Сезонная динамика почвенных режимов типичных черноземов в экосистемах пастбища и черного пара и биологическая продуктивность пастбища ЦЧЗ 96
6.3. Особенности потоков углерода типичных черноземов в экосистемах пастбища и черного пара ЦЧЗ 99
6.4. Дифференциация автотрофного и гетеротрофного дыхания модельных типичных черноземов в экосистемах пастбища и черного пара ЦЧЗ 103
ГЛАВА 7. Сравнительная экологическая оценка почвенных потоков парниковых газов в черноземах лесостепных экосистем ЦЧЗ 107
7.1 Сравнительная оценка почвенных потоков углекислого газа в черноземах ЦЧЗ 107
7.2 Сравнительная оценка почвенных потоков метана в черноземах ЦЧЗ 108
7.3 Сравнительная оценка почвенных потоков закиси азота в природных и агрогенно измененных черноземах ЦЧЗ 109
Выводы 114
Список литературы 116
- Запасы и потоки углерода в черноземных экосистемах
- Основные объекты исследования
- Особенности потоков газообразного углерода в выщелоченных ненарушенных черноземах лесной экосистемы ЦЧЗ
- Особенности потоков углерода выщелоченных черноземов некосимого участка ЦЧЗ
Запасы и потоки углерода в черноземных экосистемах
В.В. Докучаев определял биогеохимический цикл как непрерывно протекающие в наземных экосистемах циркуляции химических элементов, абиотические компоненты, которых под действием солнечной энергии переходят в биотические, а затем в виде мертвых организмов или отходов жизнедеятельности возвращаются обратно. Ученый впервые показал значение этих биогеохимических процессов. Дальнейшее развитие этого учения было выявлено в трудах В.И. Вернадского, Б.Б. Полынова, Д.Н. Прянишникова, В.Н. Сукачева, Л.Е. Родина, Н.И. Базилевич, В.А. Ковды и других исследователей (Тишков, Кудеяров, 2010).
Биогеохимический цикл углерода, естественно, очень сложный, так как он включает не только функционирование всех форм жизни на Земле, но и перенос неорганических веществ, как между различными резервуарами углерода, так и внутри них. Изучение его заслуживает особого внимания, т.к. данный процесс играет важнейшую роль в устойчивом функционировании экосистем. Главными накопителями углерода являются атмосфера, наземная биомасса, включая почвы, гидросфера и литосфера (Leah, 1999; Базилевич, Титлянова, 2008; Macias et al., 2010).
Весь процесс развития биосферы, а также ее возникновения тесно связан с углеродом, т.к. углерод – основа белковой жизни на планете Земля, т.е. углерод, представляет собой главный химический компонент живого вещества (Blum et al., 2006). Как раз углерод, благодаря своей способности к образованию прочных связей между своими и иными атомами и полимеризации, является основой всех высокомолекулярных органических соединений, максимально связывающих в своих структурах энергию (Mackenzie, 2004) и таким образом обеспечивает стабильное функционирование наземных экосистем. Почва является главным резервуаром углерода в биосфере. Органический углерод почвенного компонента является колоссальным геохимическим аккумулятором, хранителем солнечной энергии и информации на земной поверхности. Органический углерод может определять свойства почв, режимы и в целом устойчивость всей экосистемы (Тишков, 2006).
Процессы циклического обмена углерода имеют немаловажное значение для биосферы (Smith et al., 2003). По некоторым данным, в атмосфере находится порядка 2450 гигатонна (Гт = 109 тонн или 1012 кг) углерода, а ежегодной нетто-биопродукция экосферы по углероду составляет примерно 60 Гт (IPCC, 2007; IPCC, 2013). Столько же высвобождается в процессах дыхания и деструкции. Обновления углерода в биосфере совершаются на протяжении 60 лет (10 лет для биомассы). В атмосфере Земли содержание углерода составляет 0,046 % в форме СО2 и 0,00012 % в форме метана (СH4). Его среднее содержание в живом веществе–около 18 %, а в земной коре – 0,35 %.
Нынешний глобальный биогеохимический цикл углерода состоит из двух циклов меньшего уровня. Первый из них определен связыванием углекислого газа в органическое вещество путем фотосинтеза и новым формированием СО2 в процессе трансформации первичного органического вещества организмами - почвенными микроорганизмами и гетеротрофами. В случае, если бы этот цикл полностью был замкнутым, то масса СО2, поглощенного при фотосинтезе, должна была бы целиком возвращаться в отправной резервуар – атмосферу. В реальности этого не происходит (Aufdenkampe, 2011).
Возвращение в окружающую среду углерода происходит двумя путями. Первый из них – дыхание. Сущность процесса дыхания состоит в применении организмами окислительных химических реакций, дающих для физиологических процессов энергию. Окисление органических соединений, с использованием атмосферного или растворённого в воде кислорода, способствует разложению сложных органических соединений с образованием СО2 и Н2О. В итоге углерод в составе СО2 возвращается в атмосферу, и одна ветвь круговорота замыкается (Bustamente et al., 2012).
За время не более 1000 последних лет только на суше (в гумусе, педосфере) накоплено в 2 раза больше углерода, чем его содержится в атмосфере (Ballantyne, 2012). Второй крупный биогеохимический цикл углерода сплочен с взаимодействием СО2 атмосферы. Хранители углерода и в том числе его накопители – это живая биомасса, гумус и известняки. Кроме того, естественными источниками почвенного углекислого газа являются процессы распада органического вещества, дыхание растений и животных, окисление органического вещества в почве и других природных средах (Burke et al., 2003; Wall, Nelson, 2012). Углекислота антропогенного цикла составляет около 20 Гт, что пока значительно меньше, чем натуральное ее поступление в атмосферу.
С момента начала жизни на Земле за миллиарды лет весь углерод атмосферы и гидросферы неоднократно прошел через живые организмы. За период всего 3-4 лет может полностью обновиться углеродный состав атмосферы, и условно можно считать, что углерод атмосферы за этот срок завершает свой цикл, т.к. за это время живые организмы усваивают столько углерода, сколько его содержится в атмосфере (Jianyang Xia et al., 2013).
Как уже замечено, существенная масса живых организмов размещается на суше и в сухом веществе составляет 2500 Гт. Закономерности распределения углерода в земной коре доказывают, что существует две главные группы форм нахождения углерода: органические соединения и карбонатные. Необходимо отметить, что и первые, и вторые являются биогенными (Parr et al., 2010).
Основные объекты исследования
Почвенные потоки углерода является одним из главных потоков в его глобальном цикле (Заварзин, Кудеяров, 2006), а главными факторами, оказывающим влияния на эмиссионную составляющую углеродного цикла, играют, растительный покров, тип почвы и ее гидротермический режим как экологическая функция климата (Курганова и др., 2011). Почва представляет собой одновременно природный источник, сток и резервуар газообразных веществ (Смагин, 2000; Семенов, 2010). Обмен парниковых газов в системе почва – атмосфера состоит из многообразных биотических и абиотических процессов их формирования, внутри почвенного передвижения и трансформации, выбрасывания в атмосферу и поглощения из него воздуха.
К числу углеродсодержащих парниковых газов относится углекислый газ (СО2) и метан (СН4). СО2 является наиболее распространенным (около 80% от общего количества парниковых газов) парниковым газом, который выделяется почвой в процессе почвенного дыхания (Kuzyakov, 2006). Несколько меньшим по объему (18-20 % от общего количества парниковых газов) но не по значению для биогеохимического цикла углерода является СН4. Концентрация этих парниковых газов в атмосфере увеличивается в процессе изменения землепользования и создает парниковый эффект (WMO, 2008).
Данное явление происходит вследствие проникновения через атмосферу основной части солнечного излучения. Некоторая часть солнечных лучей поглощается земной поверхностью и нагревает ее, в связи, с чем происходит и нагрев атмосферы. Остальная часть лучей отражается поверхностью земли и поглощается молекулами парниковых газов, что также вызывает повышение температуры земли. Следствием парникового эффекта является также сглаживание температурных контрастов как между полярными и экваториальными зонами планеты, так и между дневными и ночными температурами. Определение состава атмосферного воздуха показывает, что в атмосфере Земли в настоящее время содержание углекислого газа возросло на 40%, и составляет больше 390 ppm (Ciais, 2013). Эмиссия СО2, которую с некоторыми допущениями можно принять равной по величине общему почвенному дыханию (ОПД), представляет собой суммарный поток двух основных компонентов: дыхание корней (Bahn et al., 2006) и связанной с ними ризосферы (АДП), а также почвенных микроорганизмов (ГДП) (рис. 1.4.1) (Byrne et al., 2007; Евдокимов и др., 2010).
Соотношение между количеством углерода, который в форме СО2 выделяется при дыхании почв (ДП), и углеродом, ассимилированным в растениях (чистая первичная продукция, NPP), представляет собой упрощенную схему для расчета углеродного баланса наземных экосистем и является основой для прогнозирования изменений концентрации СО2 в атмосфере (Наумов, 2004, 2009). Величина ДП обычно превосходит NPP из-за дыхания корней и микоризы (Ларионова и др.,2003; Кузяков, Ларионова, 2006).
Роль почвенного покрова России в глобальном потоке углерода велика и поэтому необходимы более точные оценки закономерностей распределения потоков. Так, например, первая приблизительная оценка общей эмиссии СО2 почвами Российской Федерации (3,12 Гт. С/год) была получена Кудеяровым с соавторами (1995) и учитывала потоки СО2 из почв за временной период, соответствующий периоду вегетации растений.
Позднее было показано, что в рамках вегетационного периода из почв выделяется 12-47 % годового потока СО2, и поэтому уточненная суммарная эмиссия углекислого газа из почв составила 4,20 Гт С/год (Kudeyarov, Kurganova, 1998). Анализ существующих данных по эмиссии углекислого газа показал, что изучение выделения СO2 из почв проводилось главным образом в летние месяцы или в течение вегетационного сезона (май-сентябрь).
Взаимосвязь понятий «валовая первичная продуктивность», «чистая продуктивность сообщества (экосистемы)» и «чистая первичная продуктивность» (по [Вудвелл, 1972], с изменениями). В холодный период (ноябрь-март) замеры эмиссии СO2 с земной поверхности проводились крайне мало. Круглогодичные мониторинговые наблюдения практически полностью отсутствуют, что является серьезной проблемой для получения адекватных оценок общего годового потока СО2 из почв России. Все ранее полученные оценки общего дыхания почвенного покрова России базировались на традиционном подходе и рассчитывались путем интегрирования (суммирования) потоков СО2 из отдельных типов почв с учетом занимаемой ими площади (Hibbard et al., 2005).
Высокая температурная чувствительность почв обусловлена большой долей корней и существенным вкладом корневого дыхания в общий поток СО2 из почв луговых экосистем по сравнению с лесными (Trumbore, 2006). Дыхание корней является наиболее чувствительным к повышению температуры почвы по сравнению с дыханием остальной почвенной массы (Lopes et al., 2008).
СН4 – 2-й по значимости после CO2 парниковый газ, его содержание в атмосфере может быть оценено как 1,8 ppm (Denman et al., 2007; Peter et al.,2012; Wang, 2012). Парниковая активность СН4 примерно в 21 раз выше, чем активность углекислого газа. Он может находиться в атмосфере до 12 лет (IPСC, 2007). Основными источниками СН4 являются сильно увлажненные территория, пищеварительная ферментация у скота, рисоводство, горение биомассы (в т. ч. сведение лесов) (Gregorich et al.,2005; Tallec et. al., 2012; Leila et. al., 2013).
Поток метана, в отличие от потоков СО2, имеет двунаправленный характер, он может как выделяться, так и поглощаться, это связано с различной реакцией на факторы окружающей среды, включая почву, микроорганизмов (метаногенных и метанотрофных), которые одновременно функционируют в экосистемах. В аэробных почвенных микрозонах наиболее интенсивно происходит потребление метана, тогда как в анаэробных, преобладают процессы его выделения. Таким образом, активность метаногенных и метанотрофных микроорганизмов взаимосвязана. Первые производят метан и, тем самым, инициируют его потребление вторыми (Семенов и др., 2004; Кравченко и др., 2005).
Некоторый вклад в поступление СН4 дают утечки при освоении месторождений природного газа и каменного угля, а также потоки СН4 в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов. В отличие от СО2, потоки которых имеют четкое эмиссионное направление, в обмене метана может наблюдаться как эмиссия, так и поглощение, что определяет разнообразным откликом одновременно функционирующих метаногенных и метанотрофных микроорганизмов на условия почвы и факторы окружающей среды (Семенов и др., 2004; Кравченко и др., 2005).
Особенности потоков газообразного углерода в выщелоченных ненарушенных черноземах лесной экосистемы ЦЧЗ
Черноземные почвы отличаются высоким содержанием органического углерода, что играет ключевую роль в углеродном балансе Земли. В связи с наивысшими запасами углерода, данный тип почв может являться как стоком, так и источником парниковых газов. Косимые степи Центрально черноземного заповедника имени В.В. Алехина, находящиеся под различными видами сенокошения подвергаются значительному антропогенному воздействию, что представляет особый интерес в изучении изменений, происходящих в них.
Выщелоченные черноземы косимой степи с пятилетней ротацией в Центрально-черноземном заповеднике имени В.В. Алехина сформировались под луговой разнотравно-злаковой степной растительностью. Рельеф косимой степи с пятилетней ротацией, где распространяются выщелоченные черноземные почвы, отличается чередованием расчлененных возвышенностей и низменных равнин. Профиль выщелоченных черноземов характеризуется следующим морфогенетическим строением:
А –гумусовый горизонт, темно-серый, среднесуглинистый с хорошо выраженной комковато-зернистой структурой, слабо уплотненного сложения; переход постепенный, нижняя граница определяется по заметному общему побурению или появлению бурых пятен между гумусовыми языками, средняя мощность 68 см;
АВ – гумусовый горизонт, темно-серый, среднесуглинистый, мелкокомковатой структуры, средняя мощность гумусовых горизонтов АВ составляет 26 см; В – переходный бескарбонатный горизонт с варьирующейся мощностью, тёмно-серые пятна на буром фоне, тяжелосуглинистый, постепенно переходит в карбонатный горизонт, средняя мощность 24 см; ВСК – иллювиально-карбонатный горизонт, палево-бурые слои, тяжелосуглинистый, включения карбонатов могут быть в виде псевдомицелия, средняя мощность 29 см.
Типичные черноземы косимой степи с десятилетней ротацией на территории Центрально-черноземного заповедника отличаются высоко выраженным черноземным процессом, и образуется под разнотравно-злаковой растительностью. Морфогенетическое строение его профиля имеет следующий характер: А –гумусовый горизонт, серовато-черный, среднесуглинистый, хорошо выраженной зернистой структуры, средней мощностью 53 см; АВ – гумусовый горизонт, темно-серовато цвета, среднесуглинистый, средняя мощность гумусовых горизонтов АВ составляет 44 см; ВК– переходный иллювиально-карбонатный горизонт, светло-палевый, уплотнен, тяжелосуглинистый, в профиле выделяется много кротовин, средняя мощность 30 см; ВСК – иллювиально-карбонатный горизонт, палево-бурые слои, тяжелосуглинистый, включения карбонатов могут быть в виде псевдомицелия, средняя мощность 23 см.
Содержание органического углерода в верхнем полуметровом горизонте выщелоченных черноземов косимой степи с пятилетней ротацией составляет 3,4 % (табл. 5.1.1). В нижнем горизонте (до глубины 100 см) содержание органического углерода снижается на 35,3 %. Коэффициент корреляции показателя содержания органического углерода с глубиной профиля почвы на косимой степи с пятилетней ротацией составляет -0,89 (рис. 5.1.1).
Запасы органического углерода в выщелоченных черноземах косимой степи с пятилетней ротацией изменяются от 166,5 т/га на глубине 0-50 см (на 24,3 % меньше, чем содержание в выщелоченных черноземах некосимой степи) до 122,6 т/га на глубине до 100 см.
Несмотря на регулярное кошение в косимой степи с десятилетней ротацией по сравнению со степью с пятилетней ротацией, содержание углерода в верхнем полуметровом слое типичных черноземов косимой степи с десятилетней ротацией оказалось на 0,7 % больше, чем содержание его в выщелоченных черноземах в косимой степи с пятилетней ротацией. Среднее значение содержания органического углерода в первом полуметровом слое выщелоченных черноземов косимой степи с десятилетней ротацией составляло 4,1 %. Это возможно связано с тем, что регулярное кошение стимулирует формирование мощной дернины, что и повышает содержание гумуса.
Содержание запасов углерода в верхних горизонтах (0-50 см) на косимой степи с десятилетней ротацией составляет 193,9 т/га, а в нижних (до 100 см) составляет 118,2 т/га (табл. 5.1.1).
Таким образом, нужно отметить, что запас органического углерода в вернем полуметровом слое выщелоченных черноземов косимой степи с десятилетней ротацией был на 11,8 % меньше чем, в аналогичном слое выщелоченных черноземов некосимого участка, но на 14,1 % больше, чем в выщелоченных черноземах косимой степи с пятилетней ротацией. Коэффициент корреляции между показателями содержания органического углерода и глубиной почвы на косимой степи с десятилетней ротацией составляет -0,93 (рис. 5.1.2).
Сезонная динамика почвенных режимов и биологическая продуктивность черноземов косимых степных экосистем ЦЧЗ Температура почвы косимой степи с пятилетней ротацией ЦентральноЧерноземного заповедника с первой декады октября 2012 г. по первую декаду февраля 2013 г. изменяется скачкообразно, затем более равномерно (рис. 5.2.1).
Максимальное значение показателя температуры почвы отмечается во второй декаде июня 2013 г. и составляет 26,3 С, а минимальное его значение наблюдается во второй декаде декабря 2012 г. и составляет -11,6 С. В октябре и декабре 2012 г. наблюдается резкое снижение температуры почвы после которого уже с со второй декады марта по третью декаду июня 2013 г. отмечается повышение температуры. Со второй декады августа 2013 г. температура почвы опять снижается. Средние показатели температуры почвы косимой степи с пятилетней ротацией по месяцам располагаются в пределах от -4,30 С в декабре 2012 г. до 22,8 С в июне 2013 г.
Наблюдаемый нами режим влажности на косимой степи с пятилетней ротацией показал минимальное значение в 3-ей декаде августа (11,6 %), а максимальное - в конце сентября (45,8 %). Среднее значение относительной влажности почвы по месяцам оказалось наивысшее в сентябре (37,1 %), наименьше в августе (15,3 %). В октябре значение данного показателя было на 11,7 % меньше чем в сентябре, но на 47,1%, на 37% и на 32,6 % больше чем в мае, в июне и в июле, соответственно. За первые 4 месяца (май -август) наблюдения отмечаются минимальные значения по сравнению с последними 2 месяцами (сентябрь-октябрь).
Судя по выше представленному графику, максимальное значение показателя температуры почвы было зарегистрировано 21 июня и составила +26,1 С, а минимальное – 24 октября, значение которое составило + 3,48 С. Средние значения температур по месяцам изменяются в пределах от +6,17 С в октябре до +22,2 С в июне. Значения этого показателя в мае, июле, августе и сентябре варьируют в пределах менее десяти градусов.
Значения относительной влажности типичных черноземов косимой степи с десятилетней ротацией изменяются скачкообразно в широких пределах от 11,2 % во второй декаде июля до 47,6 % в третьей декаде сентября. Среднемесячные значения относительной влажности изменяются от 18,5 % в августе до 38,9 % в сентябре.
На косимых степях проводился анализ биологической продуктивности, также, как и в некосимой степи. Проведенные исследования показали, что биологическая продуктивность на косимой степи с пятилетней ротацией преобладала над таковой косимой степи с десятилетней ротацией (рис. 5.2.3). Однако значение биологической продуктивности в августе было одинаково на обоих участках и составляло 1,97 т/га.
Особенности потоков углерода выщелоченных черноземов некосимого участка ЦЧЗ
Значения относительной влажности в типичных черноземах черного многолетнего пара изменяются в широких пределах. Наименьшее значение данного показателя (14,7 %) установлено в третьей декаде мая, а наибольшее (45,2 %) – в последней декаде сентября. Среднемесячные значения относительной влажности изменяются от 15,0 % в мае до 37,1 % в сентябре.
Сравнивая сезонную динамику температуры и относительной влажности в типичных черноземах двух видов землепользования (пастбище и черный многолетний пар), можно сделать вывод, что температура почвы чистого многолетнего пара была на 9,9 % выше, чем на пастбище. При этом влажность на пастбище оказалась на 16,1 % выше, чем на черном многолетнем пару. Это, скорее всего, связано с тем, что почвы чистого пара находятся в более рыхлом и открытом состоянии, поэтому быстро нагреваются и сохнут при высокой температуре. 6.3. Особенности потоков углерода типичных черноземов в экосистемах пастбища и черного пара ЦЧЗ Динамика потоков углекислого газа при общем дыхании ненарушенных почв в типичных черноземах пастбища лежит в пределах от 0,18 г СО2 м-2 день-1 в третьей декаде декабря 2012 г. до 40,7 г СО2 м-2 день-1 во второй декаде июня 2013 г. (рис. 6.3.1)
Минимальное среднее значение эмиссии по месяцам равно 0,71 г СО2 м-2 день-1 в январе, а максимальное 36,2 г СО2 м-2 день-1 в июне 2013 г., что соответствует датам с минимальным и максимальным значениями температуры почвы.
Сезонная динамика почвенных потоков СО2 в типичных черноземах пастбища Коэффициент корреляции между показателями почвенной эмиссии углекислого газа и относительной влажности почвы составляет -0,52, что показывает на наличие обратно пропорциональной связи между ними. Коэффициент корреляции эмиссии углекислого газа и температуры почвы имеет еще более высокое значение (0,89), что свидетельствует о присутствии прямо пропорциональной зависимости между ними.
Распределение потоков метана в типичных черноземах на пастбище изменяется от -2,75 мг СН4 м-2 день-1 в октябре 2012 г. до 4,10 мг СН4 м-2 день-1 в январе 2013 г. (рис. 6.3.2). На графике четко видно, что в октябре
В первой декаде октября 2012 г. отмечается наибольшее поглощение метана почвой, значение которого составляет -2,75 мг СН4 м-2 день-1, тогда как наименьшее наблюдается во второй декаде ноября и составляет -0,34 мг СН4 м-2 день-1.
Коэффициент корреляции между показателями выделения метана и относительной влажности почвы составляет 0,78, что говорит об их сильной прямо пропорциональной связи. Соответствующий параметр для характеристики силы и направления связей между показателями потока метана и температуры почвы составляет -0,81 и показывает наличие сильной обратно пропорциональной зависимости между ними.
Диапазон эмиссионных потоков углекислого газа в типичных черноземах при общем дыхании ненарушенных почв на черном многолетнем пару лежит в пределах от 2,05 г СО2 м-2 день-1 в последней декаде октября до 15,4 г СО2 м-2 день-1 в третьей декаде июля, что совпадает с минимальным и максимальным значениями температуры почвы (рис. 6.3.3). Наименьшее среднее значение эмиссии по месяцам установлено в октябре и составляет 2,52 г СО2 м-2 день-1, а наибольшее в июле (12,7 гСО2 м-2день-1). Коэффициент корреляции между показателями потоков диоксида углерода и влажности почвы составляет -0,40, что говорит об обратно пропорциональной связи между ними. Соответствующий коэффициент корреляции между
Сезонная динамика почвенных потоков СО2 в типичных черноземах показателями выделения углекислого газа и температуры почвы составляет 0,89, что говорит об их сильной прямо пропорциональной связи. Результаты наблюдения за потоками метана из типичных черноземов черного многолетнего пара Центрально-черноземного заповедника представлены на графике (рис. 6.3.4) На данном участке осень и зима охарактеризуются поглощением метана, за исключением первой декады октября, второй декады ноября 2012 г. и первой декады февраля 2013 г. В начале октября 2012 г. наблюдается наиболее интенсивная эмиссия метана из почвы, значение которой составляет 1,79 мг СН4 м-2 день-1.
Максимальный показатель стока метана наблюдается во второй декаде октября 2012 г. и составляет -1,34 мг СН4 м-2 день-1, а минимальный – во второй декаде января 2013 г и составляет -0,01 мг СН4 м-2 день-1. Корреляция между потоками метана и температурой почвы практически отсутствует (0,1).
Минимальное значение выделения СН4 почвой составляет 0,11 мг СН4 м-2 день-1 и приходится на третью декаду июля, тогда как максимальное значение этого показателя (2,03 мг СН4 м-2 день-1) выпадает на конец сентября. Поглощение метана почвой наиболее интенсивно во второй декаде августа (-0,59 мг СН4 м-2 день-1), а в третьей декаде этого же месяца установлено наименее интенсивное поглощение (-0,36 мг СН4 м-2 день-1). Минимальное среднее значение по месяцам соответствует 0,22 г СО2 м-2 день-1 (май), а максимальное 1,51 мг СО2 м-2 день-1 (октябрь).
Коэффициент корреляции показателей потоков метана и температуры составляет -0,44, что говорит о присутствии обратно пропорциональной связи между ними. Тот же параметр для характеристики интенсивности и направления связей между показателями потока метана и относительной влажностью почвы имеет более высокое значение (0,78) и показывает наличие прямой зависимости между ними.
. Дифференциация автотрофного и гетеротрофного дыхания модельных типичных черноземов в экосистемах пастбища и черного пара ЦЧЗ Сезонная динамика интенсивности суммарного (автотрофного + гетеротрофного) дыхания и гетеротрофного дыхания мольных почв на пастбище представлена на графике 6.4.1. Максимальный показатель суммарного дыхания модельных почв отмечается во второй декаде июня (42,1 г СО2 м-2 день-1), в то время как для гетеротрофного дыхания этот показатель наблюдается в первой декаде июня (32,5 г СО2 м-2 день-1).
Минимальные значения и суммарного дыхания, и гетеротрофного дыхания модельных почв отмечены в третьей декаде октября и составляют 10,1 г СО2 м-2 день-1 и 5,57 г СО2 м-2 день-1, соответственно. Средние показатели интенсивности суммарного дыхания по месяцам распределяются от 12,4 г СО2 м-2 день-1 (в мае) до 40,4 г СО2 м-2 день-1 (в июне). Коэффициенты корреляции между показателями суммарного дыхания и температурой, а также с влажностью почвы составляют 0,49 и -0,17 соответственно.
