Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Климатические изменения в северном полушарии и особенности функциониро вания лесных экосистем высоких широт
1.1. Изменения климата в XX веке и прогнозы на XXI век 8
1.2. Текущие изменения климата в высоких широтах северного полушария и его последствия
1.2.1. Современные климатические тренды 13
1.2.2. Влияние климатических изменений на лесные экосистемы
1.3. Особенности функционирование северных лесных экосистем в условиях климатических изменений
ГЛАВА 2. STRONG Природные условия района работ (центральная эвенкия)
STRONG 2.1. Физико-географические условия и почвы 24
2.2. Климат 27
2.3. Растительность 30
ГЛАВА 3. Объект и методы исследований 34
3.1. Характеристика экспериментального лиственничника 34
3.2. Организация эксперимента 36
3.3. Теоретические основы метода микровихревых пульсаций 40
ГЛАВА 4. Суточная динамика потоков углекислого газа и углерода в северотаежном лиственничнике
4.1. Характеристика погодных условий изученных вегетационных сезонов
4.2. Суточная динамика потоков углекислого газа 52
4.2.1. Типичная динамика суточных потоков СОг 53
4.2.2. Изменение суточной динамики потоков СОг под влиянием влажности воздуха
4.3. Оценка влияния метеорологических факторов на потоки углекислого газа
4.4. Оценка суточного экосистемного обмена СОг и углерода при различных метеорологических условиях
4.4.1. Оценка суточного обмена углерода лиственничника 71
4.4.2. Оценка вклада отдельных компонентов в общую эмиссию СОг и С лиственничной экосистемой
ГЛАВА 5. Внутрисезонная и межсезонная динамика углекислого газа и углерода
5.1. Сезонное изменение величины потоков СОг 76
5.2. Характеристика факторов, контролирующих процессы СОг-газообмена
5.2.1. Влияние факторов окружающей среды на потоки СОг в течение вегетационных сезонов
5.2.2. Регуляция газообмена СОг лиственничником в течение вегетационного сезона
5.3. Продукция и экосистемный обмен углерода в разных северных лиственничниках
Заключение 102
Литература 105
Приложение 130
- Изменения климата в XX веке и прогнозы на XXI век
- Характеристика экспериментального лиственничника
- Суточная динамика потоков углекислого газа
- Характеристика факторов, контролирующих процессы СОг-газообмена
Введение к работе
Актуальность темы. Концентрация углекислого газа, повышение которой стало главной причиной глобального потепления, растет в атмосфере с угрожающей быстротой. За последние 30 лет 20-го столетия она увеличилась с 300 до 360 ррт СОг, и скорость этого процесса составляла примерно 1.5 - 1.6 ррт С02 в год (Koike et al., 2001). К 2006 году концентрация углекислоты достигла 380 ррт, повышаясь с 2000 года на 2.1 ррт ежегодно (Argues et al., 2007).
Наибольшее потепление, особенно в зимнее время, зафиксировано в высоких широтах северного полушария, включая криолитозону Сибири (Гаврилова, 1998; Ефимова и др., 2004; Онучин, 2004; Serreze et al, 2000; Fukuda, 2004; Максимов, 2007). С 1976 по 2006 г. температура воздуха здесь поднялась на 1.31-1.44С, количество выпавших летних, осенних и весенних осадков повысилось на 0.7-1.6 мм/месяц за последние 10 лет. Проявляются тенденции слабого увеличения повторяемости интенсивных осадков, уменьшения прямой солнечной радиации при возрастании общей облачности и доли кучевых и кучево-дождевых облаков. Статистически достоверное увеличение глубины сезонного протаивания почвы составило 34 см за период 1956-1990 гг. В целом, темпы климатических изменений в районах криолитозоны в 1.5-2 раза выше глобальных (Оценочный доклад.., 2008).
В настоящее время признано, что сибирские бореальные экосистемы, как и леса России в целом, являются поглотителями атмосферного углерода (Исаев, Коровин, 1999; Schulze et al., 1999; Уткин и др., 2001; Швиденко и др., 2003; Ваганов и др., 2005). Лиственничники азиатской части России являются мощным резервуаром углерода, фитомасса которого здесь оценивается в 11018 Тг (Швиденко и др., 2003).
Последние сравнения результатов моделирования динамики углерода и данных, полученных методом микровихревых пульсаций в экосистеме ели черной (Picea mariana) на Аляске, заставляют усомниться в роли бореальных
5 лесов как поглотителей атмосферного углерода (Ueyama et al., 2009). Согласно модели, эта экосистема действительно являлась стоком СОг в период 1949-2005 гг., но спрогнозированный объем поглощения углекислоты в условиях продолжающегося потепления климата не соответствует данным измерений. Анализ модели свидетельствует, что неопределенность в прогноз вносит не принятое во внимание влияние погодных условий. Ранее было отмечено влияние течения Эль Ниньо на экосистемный обмен СОг: в годы, подверженные влиянию течения и без него различия газообмена составляли до 90% (Anthoni et al., 1999).
Цель и задачи исследования. Цель работы - оценить поглощение, выделение и нетто-обмен углекислого газа в северотаежном лиственничнике Центральной Эвенкии в зависимости от метеорологических факторов в разные вегетационные сезоны.
В задачи исследования входило:
Изучить суточную, сезонную и погодичную динамику потоков углекислого газа в модельной лиственничной экосистеме.
Оценить влияние метеорологических факторов (температура и влажность воздуха, количество осадков, солнечная радиация) и температуры почвы на изменение величины потоков СС>2.
Оценить нетто-обмен углерода в модельном лиственничнике в различные вегетационные сезоны.
Научная новизна. Исследование газообмена С02 и чистого экосистемного обмена углерода в северотаежном лиственничнике, сформированном лиственницей Гмелина, впервые проведено на основе использования метода микровихревых пульсаций. Установлено соотношение между поглощением и выделением углекислого газа экосистемой на протяжении вегетационного периода, показано влияние погодных условий на изменение величины потоков СОг в разные сезоны вегетации.
Теоретическое и практическое значение. Полученные данные о величине потоков углекислого газа и их динамике вносят существенный
вклад в изучение углеродного баланса лиственничных экосистем Северной Евразии и служат основой для дальнейших экологических исследований. Выявленные особенности влияния метеорологических факторов на величину потоков С02 могут быть использованы при построении различных математических моделей, для оценки влияния эффекта глобального потепления в данном регионе. Часть первичных материалов внесена в региональную базу данных сети Fluxnet.
Часть полученных результатов включена в отчет по. ОВОС проектируемой Эвенкийской ГЭС.
Основные положения, выносимые на защиту.
Знак и абсолютная величина газообмена СОг северотаежного лиственничника определяются текущей метеорологической ситуацией.
Сезонный экосистемный обмен углерода в лиственничнике Центральной Эвенкии является самым низким среди исследованных лиственничных экосистем Сибири.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на различных конференциях, как с международным участием, так и региональных, в том числе: Всероссийской конференции молодых ученых «Экология в современном мире: взгляд научной молодежи», посвященной 50-летию СО РАН (Улан-Удэ, 2007); на третьей национальной конференции «Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии» (Пущино, 2007); на конференции, посвященной Дню Земли — «География и геоэкология» (Красноярск, 2006); на конференции молодых ученых Красноярского научного центра - 2008 (Красноярск, 2008); на конференциях молодых ученых ИЛ СО РАН (Красноярск, 2007, 2008).
Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке Интеграционных проектов СО РАН № 5.17 и № 5.18, грантов РФФИ 08-04-91204иККФН18С097.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 6 опубликованных работах, в том числе одна статья по перечню ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 140 страницах, содержит 8 таблиц и 35 рисунков. Библиографический список включает 233 наименования, 161 из которых на иностранных языках.
Личный вклад автора. Представленные в диссертации материалы и результаты исследований получены непосредственно автором в полевых условиях на микрометеорологической вышке в окрестностях п. Тура (Центральная Эвенкия) и на метеостанции п. Тура. Данные измерений обработаны лично автором.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю академику РАН Е.А. Ваганову за всестороннюю помощь в работе над диссертацией. Считаю своим долгом выразить признательность сотрудникам компании «Climatec Inc.» (Япония) за техническую помощь при проведении работ на метеорологической вышке. Автор благодарит доктора Ю. Накаи за помощь в получении исходных данных измерений и консультации по методике микровихревых пульсаций. Выражаю также благодарность доктору Й. Отани за помощь в освоении программного обеспечения FLUXNET Software.
Изменения климата в XX веке и прогнозы на XXI век
Первое крупное изменение климата северного полушария в эпоху инструментальных наблюдений началось в конце XIX века (Будыко, 1974, 1977). Оно сопровождалось постепенным повышением температуры воздуха на всех широтах во все сезоны года, при этом сильнее всего потеплело в высоких широтах в холодное время года. Температура воздуха повысилась в среднем на 0.6 к 1930 году, потепление достигло максимума. В 40-х годах XX века процесс потепления сменился похолоданием, которое продолжалось до 60-х годов и компенсировало примерно половину повышения температуры, произошедшего с конца XIX в. (Будыко, 1977).
Во второй половине XX в. изменения климата стали носить все более глобальный характер и напрямую связываться с такими результатами деятельности человека, как 1) рост производства потребляемой энергии (Будыко, 1980); 2) увеличение содержания парниковых газов в атмосфере (Plass 1959; Будыко, 1971, 1980; Wigley et ah, 1980; Hansen et al., 1983; Manabe, 1983; Bolin et al., 1986; Dickinson, 1986; Dickinson, Cicerone, 1986); 3) изменение концентрации атмосферного аэрозоля (Будыко, 1974, 1980; Будыко и др., 1978). При этом главенствующая роль отводилась первым двум факторам (Будыко, 1977).
Гипотеза о том, что глобальное потепление климата, выражающееся в увеличении средней температуры воздуха и количества осадков, вызвано постепенным увеличением содержания парниковых газов в атмосфере получила наиболее широкое распространение. Среди парниковых газов естественного и антропогенного происхождения, вызывающих указанные климатические изменения, первостепенное значение отводится двуокиси углерода (С02), метану (СН4) и тропосферному озону (Оз), причем по воздействию на растения ведущая роль принадлежит СОг и Оз (IPCC, 2001). Окислы азота (NOx) с точки зрения глобального изменения климата представляют интерес как предшественники тропосферного озона (Penkett, 1988; Ashmore, Bell, 1991; Izuta, Nakaji, 2003; Utriainen, 2003). Однако чрезмерное поступление атмосферного азота в лесные экосистемы с осадками вызывает их эвтрофикацию и подкисление почвы (Nihlgard, 1985; Schutt, Cowling, 1985; Schulze, 1989). Глобальная эмиссия NOx оценивается в 52 Тг год"1 (Atmospheric deposition.., 1995; IPCC, 2001), и увеличение содержания окислов азота будет продолжаться вследствие возрастания потребление ископаемых видов топлива, развития транспорта и скотоводства (IPCC, 2001; Prather et al., 2001).
Глобальные климатические изменения к концу XX века выразились в повышении температуры в течение столетия на 0.6-0.8 С (Израэль, 2006; Climate change.., 2006). Оно стало следствием, главным образом, выброса в атмосферу 405 Пг (1015г или 109т) антропогенного углерода, увеличившего концентрацию углекислого газа на 28% (Climate change.., 2006), причем половина этого увеличения произошла за последние 40 лет (Chapin et al., 2000). С 1970 по 2000 год концентрация атмосферного С02 возросла с 300 до 355 ррт СОг (Koike et al., 2001), а скорость этого процесса составила примерно 1.5 - 1.6 ррт СОг в год (Koike et al., 2003; Arguez et al., 2007). Последнее десятилетие XX века (1990-1999 гг.) зарегистрировано как самое теплое (IPCC, 2001). Наибольшее потепление во второй половине прошедшего столетия, особенно в зимнее время, зафиксировано в высоких широтах северного полушария, включая криолитозону Сибири (Гаврилова, 1998; Ефимова и др., 2004; Онучин, 2004; Serreze et al., 2000; Fukuda, 2004; Максимов, 2007). Например, в Центральной Якутии (г. Якутск) зимы стали теплее на 1-4С (10С) (Онучин, 2004; Максимов, 2007). В Средней Сибири анализ изменений температур зимой и летом и годового количества осадков показал, что на севере в течение 1980-2000 гг. зимы «потеплели» на 1 С и даже более на крайнем севере по сравнению с периодом до 1960 г. (Чебакова, 2006). Летнее потепление оказалось таким же, как зимнее (1С), и одинаковым на севере и на юге (там же). Количество осадков на территории Средней Сибири уменьшилось к концу XX века по отношению к периоду 1881-1960 гг. до 10% на севере и на 4-8% на юге (Чебакова, 2006).
Для севера России тренды повышения температур за период 1965-1990 гг. оказались 0.011-0.052С год"1 летом и 0.033-0.110С год"1 зимой (Израэль и др., 2002). В целом для Евразии к концу XX века доказано увеличение средней годовой температуры на 1С (Монин, Сонечкин, 2005). Такое же потепление произошло и на территории России (Израэль, 2006).
В последнем двадцатилетии прошлого столетия в рамках международного проекта VEMAP (Vegetation/Ecosystem Modeling and Analysis Project) исследовался отклик биогеографических и биогеохимических параметров биосферы на изменения климата во времени и пространстве (VEMAP Project, 1998; YEMAP 1: US Climate.., 2008). Цель проекта - провести взаимные сравнения существующих биогеохимических моделей и моделей распространения типов растительности (биогеографических моделей), определить их чувствительность к климатическим изменениям, в том числе к возросшей концентрации СОг в атмосфере (VEMAP Project, 1998). Результатом проекта стали несколько сценариев изменения климата, основанные на материалах восьми экспериментов по его моделированию, проведенных в США, Великобритании и Канаде. Семь экспериментов опирались на модель общей циркуляции атмосферы, один - на региональную климатическую модель. Различные модели описывают разные сценарии изменения глобального климата, однако все они сходятся в следующем: 1) двуокись углерода является основным парниковым газом, эмиссия которого в атмосферу будет удваиваться; 2) скорость увеличения средней температуры воздуха будет колебаться от 0.2 до 0.5 С за десятилетие; 3) потепление, как ожидается, будет интенсивнее в зимнее время в высоких широтах северного полушария (Manabe, Stouffer 1980; Washington, Meehl, 1983, 1984; Manabe, Wetherald, 1987; Schelsinger, Mitchell, 1987; Climate change.., 1990, Bolin, 1991). Различия в среднемесячной температуре и относительной влажности воздуха, а также изменения соотношений месячного количества осадков, солнечной радиации, давления пара и горизонтальной скорости ветра характеризовали изменения климата во всех сценариях, рассчитанных с учетом удвоения эмиссий СОг в атмосферу (VEMAP, 1998; VEMAP 1: US Climate.., 2008). Полученные данные были пространственно интерполированы с помощью VEMAP картографической сетки со стороной 0.5.
Характеристика экспериментального лиственничника
Объектом исследования являлся северотаежный лиственничник багульниково-бруснично-голубичный зеленомошный (рис. 3.1), расположенный на слегка наклонной поверхности структурной части коренного склона. Занимает выпуклые элементы поверхности без выраженного микрорельефа.
Древостой одновозрастный, сформировался после пожара, произошедшего 105 лет назад (Kajimoto et al., 2007). В составе ЮЛц (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.), средняя высота деревьев 3,6 м, средний диаметр - 3,9 см, число стволов на гектар - 10279, из них 4721 живое дерево (запас 18,1 м" ) и 5558 сухих (5,3 м" ). Общий запас древостоя составляет 23,4 м га , полнота 0,6, V6 класс бонитета (неопубликованные данные). Подрост полностью отсутствует.
В подлеске преобладает береза карликовая {Betula nana L.), относительно равномерно распространенная по площади. Редко встречаются единичные экземпляры душекии кустарниковой {Duschekia fruticosa (Rupr.) Pouzar), ив боганидской {Salix boganidensis Trautv.) и филиколистной (S. phylicifolia L.).
Напочвенный покров относительно однородный, его проективное покрытие не превышает 35-40%. В травяно-кустарничковом ярусе содоминируют бореальные кустарнички багульник болотный {Ledum palustre L., 3-5%)), брусника обыкновенная {Vaccinium vitis-idaea L., 8-10%), голубика топяная {V. uliginosum L., 15-20%). С невысоким обилием (0,1-0,7% каждый) встречаются типичные для северотаежных сообществ шикша {Empetrum nigrum L.), хвощ камышковый {Equisetum scirpoides Michx), хамедафне {Chamaedaphne calyculata (L.) Moench), ортилия тупоколосковая {Orthilia obtusata (Turcz.) Hult), вейник лапландский {Calamagrostis lapponica (Wahlenb.) Hartn), мятлик болотный {Poa palustris L.) и др. Абсолютным доминантом мохового покрова является Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., содоминируют Aulacomnium turgidum (Wahlenb.) Schwaegr. и A. palustre (Hedw.) Schwaegr., в составе обычен тундровый печеночник Ptilidium ciliare (L.) Натре. Лишайники, среди которых преобладают Cladina rangiferina (2-3%), Cetraria islandica (2-3%), Peltigera canina (L.) Willd. (1,5-2%), занимают не более 5-7% площади.
В описанном лиственничнике для оценки баланса углерода лиственничной экосистемы в Центральной Эвенкии методом микровихревых пульсаций была сконструирована деревянная вышка высотой 20м (рис. 3.2). Поскольку главным преимуществом метода является одновременное получение данных энерго- и массообмена, на вышке был установлен соответствующий стандартный комплект оборудования (Baldocchi et al., 1988), позволяющий получать информацию по обмену ССЬ между атмосферой и экосистемой и фиксировать микрометеорологические параметры.
Для исследования чистого экосистемного обмена СОг (NEE) измерялись потоки углекислого и водяного пара в течение вегетационных периодов (конец мая — начало сентября) 2004, 2005, 2007 и 2008 годов. Для этого на вершине вышки были установлены ультразвуковой анемометр (SAT-550, Kaijo, Япония) и инфракрасный газоанализатор (Li-7500; LiCor Inc., США) (рис. 3.3). Сигналы от этих сенсоров записывались с частотой 10 Гц в специальный блок контроля и записи данных (CR-5000; Campbell Scientific Inc., США). Получасовые значения потоков, а также значения теплосодержания и скрытой теплоты вычислялись и подвергались контролю качества с использование программного обеспечения FFPRI FluxNet (Ohtani et al., 2005). Инфракрасный газоанализатор калибровался дважды в год, в начале и в конце измерений. Для этого использовались стандартные газы (чистый N2 и 405 ppmv CO2/N2). Таким образом, прибор был откалиброван на нулевое значение и диапазон измерения потоков газов. Ошибки в вычислении потоков на протяжении периода измерений были незначительными, вследствие того, что сдвиги нулевого значения колебались в пределах 3 цмоль моль"1 для С02 и водяного пара.
Измерение микроклиматических параметров является неотъемлемой частью изучения баланса углекислого газа в экосистемах.
Микрометеорологические переменные также вычислялись на вершине вышки с целью подкрепления измерения потоков С02 и Н20. Измерялись: температура (платиновый термометр) и относительная влажность воздуха (датчик температуры и влажности воздуха HMP45D; Vaisala, Финляндия), направление и скорость ветра (ветровой сенсор 05103; R.M.Young, США), осадки (осадкомер, 0.5mm per count; Т34, Япония) (рис. 3.4) и атмосферное давление (мембранный датчик РТВ210; Финляндия). Общая и отраженная солнечная радиация измерялась при помощи четырехкомпонентного радиометра (CNR1; Kipp & Zonnen, Голландия).
Падающая солнечная радиация измерялась на высоте 1.1 м от земли используя пиранометр (СМОЗ; Kipp & Zonnen, Голландия). Температура и влажность почвы измерялись на глубинах 5, 10, 20, 40 и 50 см с использованием резистивных платиновых термометров (JIS-Ptl00, Climatec Inc., Япония) и датчиков TDR (CS616; Campbell Scientific Inc., США). Кроме того, проводилось измерение потока почвенного тепла на глубинах 2 и 5 см (датчики HF-01 REBS, США). Все микрометеорологические параметры усреднялись за полчаса и записывались на логгер-коммутатор (CR-10X; Campbell Scientific Inc., США). Электропитание для всех датчиков и приборов обеспечивалось солнечными батареями (SP75, Showa Shell, Япония) и батареями питания (SBS-60, Hawker Batteries, США).
Суточная динамика потоков углекислого газа
Имеющийся набор данных представляет собой получасовые записи значений потока углекислого газа и метеорологических параметров, которых в сумме насчитывается около 90 тысяч значений за вегетационный сезон.
Исходные данные были структурированы и разбиты на суточные интервалы. Из-за имеющихся ошибок измерений и пропусков в данных, последние каждые сутки подвергались тщательному анализу. Проверка осуществлялась как на этапе непосредственных вычислений получасовых значений потока углекислого газа при помощи программного обеспечения FFPRI (Ohtani, 2005), содержащего в себе процедуры контроля качества и алгоритмы интерполяции; так и при построении кривых суточной динамики потоков и основных метеопоказателей. Данные, выходящие за границы доверительного интервала, исключались и заменялись аппроксимированными значениями. Уже на этапе предварительной обработки данных обратил на себя внимание тот факт, что лиственничная экосистема по-разному ведет себя в условиях нормальной и повышенной влажности воздуха, что и стало предметом дальнейшего анализа. Суточная динамика рассматривалась для всех четырех вегетационных сезонов, брались средние значения параметров за вторую декаду каждого месяца - июня, июля и августа. Далее представлена суточная динамика потоков СОг для начала, середины и конца вегетационных периодов. Типичные (средние) показатели существования и функционирования лиственничных экосистем Центральной Эвенкии в течение вегетационных сезонов находились в пределах среднесуточных температур воздуха 10-18С и относительной влажности воздуха 50-70%. Максимальные показатели солнечной радиации колебались в пределах 600-730 Вт м" . Картина изменения потока СОг при таких условиях выглядит следующим образом (рис. 4.6). При этом характерная картина изменения относительной влажности в течение суток на протяжении всего сезона имеет следующий вид: плавное повышение значений с полуночи до 5-6 часов утра, и такое же плавное понижение с минимумом в середине дня — 16-17 часов (рис. 4.6). Значения максимума равно примерно 70% (в дни без тумана), а минимума - 40-50% (в с 10 Часы Поток С02 - Температура -- Отн. влажность -- Солн. рад — Поток С02 (аппрокс) дни с высокой солнечной радиацией и, следовательно, максимальной температурой воздуха). В целом же, колебания относительной влажности находятся в промежутке 50-70% в течение суток. На рис. 4.7 представлен типичный ход изменения потока углекислого газа и основных метеопоказателей - температуры воздуха, относительной 56 влажности воздуха и солнечной радиации - в течение суток для начала вегетационного сезона. Анализ графиков (рис. 4.7) позволяет сделать вывод, что наблюдается сходная картина изменения потоков С02 и метеорологических показателей в течение суток в июне для четырех рассматриваемых лет. Максимальная интенсивность выделения составляет 1-2 мкмоль С02 м"2 с , а максимальная величина поглощения равна —4-5 мкмоль С02 м"2 с"1. Выделение углекислого газа в 5-6 часов утра уступает место его поглощению, которое продолжается до полуночи, реже часа ночи следующих суток. Связано это, прежде всего со спецификой района исследований - высокой продолжительностью дня в начале вегетационного сезона. Середина вегетационного периода (рис. 4.8) показывает аналогичную динамику всех показателей. Наблюдаются ночные повышенные (-75-80 %) и близкие к средним в дневное время ( 65 %) значения относительной влажности воздуха. Температура воздуха показывает обратную картину изменения. Солнечная радиация резко возрастает в промежутке с 5 до 7 часов утра, достигая максимальных значений ( 800 Вт м"2) в 16-17 часов. Синусоидальная кривая изменения потоков существенно не меняет свой ход по сравнению с июньской. Интенсивность выделения С02 находится примерно на таком же уровне (1-2 мкмоль С02 м"2 с"1), что и в начале сезона.
Характеристика факторов, контролирующих процессы СОг-газообмена
Сезонный ход выделения, поглощения и нетто-обмена углекислого газа контролируется действием таких факторов окружающей среды, как температура воздуха, солнечная радиация, количество выпавших осадков. В нашем районе из-за распространения многолетнемерзлых пород важно проследить влияние температуры почвы, поскольку именно она в значительной мере определяет функционирование лиственничной экосистемы. Поэтому мы попытались оценить влияние каждого из перечисленных факторов на потоки выделения, поглощения, а также нетто-поток СОг для каждого месяца всех четырех вегетационных сезонов. Взаимосвязи устанавливались на основе анализа коэффициентов корреляции. Достоверность влияния оценивалась с помощью критерия Стьюдента.
2004 год. На протяжении сезона 2004 года не выявлено явного преобладания одного из метеопоказателей в качестве регуляторов процессов поглощения и выделения С02. В начале вегетации поток поглощения углекислоты контролировался температурой воздуха (R=0,45), а выделение слабо коррелировало с осадками (R=0,38) (рис. 5.3). В середине сезона поглощение СОг определялось количеством выпавших осадков (R=0,43). В августе и поток выделения, и поток поглощения слабо контролировались температурой воздуха (R=0,25 и R=0,24 соответственно). Нетто-поток СОг был связан с температурой воздуха в начале и конце вегетационного сезона (R=0,29 и R=0,30) и с осадками в июле (R=0,38) (рис. 5.3). Солнечная радиация таюке влияла на нетто-поток углекислоты в течение вегетационного сезона (R= -0,49). В остальное время корреляции между переменными были малозначимы или отсутствовали.
2005 год. Осадки оказывали значительное влияние на сезонное выделение СОг (рис. 5.4). Коэффициенты корреляции составили 0,75; 0,63 и 0,40 для июня, июля и августа соответственно. Температура воздуха слабо влияла на поток выделения СОг в июне (R=0,25) и августе (R= -0,24), причем в конце сезона повышение температуры приводило к уменьшению величины выделения (рис. 5.4). В начале и середине вегетационного сезона влияние осадков на поглощение СО2 экосистемой выражено слабо (R=0,17 в июне и R=0,12 в июле), в августе выпадение осадков уменьшало поток поглощения (R= -0,24). В июне поглощение С02 контролировалось температурой воздуха (R=0,58), влияние которой ослабевало в июле (R=0,27) и августе (R=0,33) соответственно (рис. 5.4). Нетто-поток СОг коррелировал с выпавшими осадками и температурой воздуха (R=0,50 и R=0,55) в июне и (R=0,42 и R=0,23 соответственно) июле и солнечной радиацией (R= -0,39) в течение вегетационного сезона. Температура почвы значимо влияла на поглощение СОг экосистемой в июне (рис. 5.7). Нетто-поток в это время контролировался температурами на поверхности почвы и на глубине 5 см (R=0,47 и R=0,46 соответственно), в августе значимыми становились температуры почвы на глубине 20 и 50 см (R=0,38 и R=0,44). 2007 год. Потоки выделения углекислого газа в течение сезона контролировались количеством выпавших осадков (рис. 5.5): коэффициенты корреляции составили 0,88, 0,52 и 0,86 для июня, июля и августа соответственно. Температура воздуха почти не оказывала влияния на этот процесс: коэффициенты 0,07, 0,01 и 0,20. На поток поглощения в начале и середине сезона влияла, главным образом, температура воздуха (R=0,34 и R= 0,58 для июня и июля), тогда как в августе ход поглощения определялся выпавшими осадками: (R=0,87): оно возрастало с увеличением их количества (рис. 5.5). Нетто-поток СОг определялся осадками в июне (R= 0,78), температурой воздуха - в июле (R=0,38) и солнечной радиацией (R= -0,47) в течение всего сезона вегетации. Температура почвы слабо влияла поток выделения и нетто-потоки СО2 в июне (R= 0,27 - - -0,45). В июле нетто-поток контролировался температурами на поверхности почвы и на глубине 5 см (R=0,40 и R=0,35 соответственно) (рис. 5.7), в августе — температурамипочвы на глубине 20 и 50 см (R=0,78 и R=0,89). 2008 год. В вегетационном сезоне 2008 года количество осадков также оказывало существенное влияние на выделение углекислого газа (рис. 5.6): 89 коэффициенты корреляции равнялись 0,80, 0,55 и 0,75 для июня, июля и августа, соответственно. Положительное влияние температуры воздуха на выделение экосистемы отмечалось в начале и конце сезона (в июне R=0,21 и в августе R=0,42), в июле увеличение температуры воздуха снижало поток выделения СС 2 (R= -0,25). Поглощение СОг экосистемой значимо снижалась при увеличении количества выпавших осадков в июне и июле (R= -0,79 и R= -0,33 соответственно) (рис. 5.6). Температура воздуха контролировала этот процесс в июле (R=0,45). Нетто-поток углекислоты зависел от количества осадков в августе (R=0,64), менее значимым было влияние температуры воздуха в июне (R=0,31) и августе (R=0,34).
Температуры на поверхности почвы значимо влияла на нетто-поток СО2 (R=0,56) в июне (рис. 5.7). В августе нетто-поток контролировался температурами на поверхности почвы и на глубине 5 см (R=0,49 и R=0,43, соответственно). В июле отмечалось слабое влияние температуры почвы на разных глубинах на нетто-обмен С02 и на выделение экосистемой углекислого газа: коэффициенты корреляции варьировали в пределах 0,23-0,29. В течение всего сезона поток поглощения отрицательно коррелировал с температурой почвы, однако достоверным такое влияние было только в августе (R= -0,37 + -0,46). Таким образом, осадки являлись фактором, достоверно контролировавшим выделение СОг в течение вегетационных сезонов. Температура воздуха не оказывала существенного влияния на процесс выделения углекислоты лиственничной экосистемой. Температура воздуха контролировала поглощение СОг в начале сезона (июнь) в сухие (2004-2005 гг.) и в середине сезона (июль) во влажные (2007-2008 гг.) годы. При этом во влажные сезоны величина поглощения атмосферной углекислоты лиственничником изменялась прямо пропорционально количеству осадков.
Температура почвы в сухой сезон влияла на поток поглощения СОг в июне, при этом нетто-поток определялся температурами на ее поверхности и на глубине 5 см. Во влажные сезоны потоки поглощения СОг контролировались температурой почвы в июне и сухом августе, а также в чрезмерно увлажненном июле. Нетто-поток СОг во влажные сезоны слабо зависел от температуры почвы в начале вегетации, но в засушливом июле он определяется температурами верхнего горизонта почвы (0 и 5 см).
