Введение к работе
Актуальность проблемы. За последние 100 лет глобальное потепление климата Земли составило 0.74 С (Изменение..., 2008). На территории России с 1907 по 2006 г. среднегодовая температура в приземном слое атмосферы увеличилась на 1.29 С (Оценочный доклад..., 2008). Одной из причин изменения климата является повышение концентрации в атмосфере парниковых газов, прежде всего диоксида углерода, метана и оксида азота (Влияние..., 2006). Изменение газового состава атмосферы на планете считается следствием хозяйственной деятельности человека, которая привела к снижению возможностей биосферы Земли ассимилировать диоксид углерода (Леса..., 2001), нарушению баланса потоков углерода в системе «атмосфера-биосфера» (Морина и др., 2008).
В бореальной зоне запасы углерода на территории болот и заболоченных земель достигают 1400 т га-1, что в 2.5 раза больше, чем в лесных биогеоценозах (Букварева, 2010). Потепление климата сокращает биологическую продуктивность сфагновых болот (Summer..., 2003), а также усиливает эмиссию парниковых газов в результате ускорения деструкции органического вещества, накопленного в болотах в течение предыдущих тысячелетий (Aerts, 1997).
Повышение температуры приземного слоя атмосферы может привести к изменению биогеохимического цикла углерода в болотных экосистемах и превращению северных болот в мощный источник парниковых газов за относительно короткий период времени (Net... , 1999). Поэтому изучение СО2-газообмена в болотных системах в условиях климатических изменений является фундаментальной научной проблемой, которой посвящены исследования многих авторов за рубежом и в России (Вомперский и др., 1994; Российская..., 2001; Леса..., 2005; Изучение..., 2010; Carbon..., 1995; Seasonal..., 1997; Aurela et al., 2001; Seasonal..., 2001; Comparative..., 2002; Baldocchi, 2003 и др.).
Согласно результатам исследований, нетто-обмен диоксида углерода между болотом и атмосферой (NEE) в таежной зоне за вегетационный
период может варьировать от +260 г СО2 м-2 (Carbon 1995) до -336 г
СО2 м-2 (Interannual..., 1999). На Европейском Северо-Востоке России исследования нетто-обмена парниковых газов проведены единично. Так, Д.Г. Замолодчиковым с соавторами (1997) установлено, что в южной тундре величина NEE за период с 13 июля по 5 августа составила -6.3 г С м-2. В связи с этим для количественной оценки роли болотных экосистем в ассимиляции углерода атмосферы в условиях меняющегося климата на Европейском Севере России необходимо пополнение недостающих знании о сезонной и многолетней динамике потоков углекислого газа в системе «болото-атмосфера».
Цель исследования. Выявление закономерностей суточной и сезонной динамики нетто-обмена углекислого газа в приземном слое атмосферы на мезо-олиготрофном болоте средней тайги.
Задачи исследования:
1. Дать характеристику сезонного роста растений в сообществах исследуемого болота.
-
Изучить суточную и сезонную динамику потоков диоксида углерода в системе «болото-атмосфера» методами динамических камер и микровихревых пульсаций.
-
Изучить влияние метеорологических факторов (температуры воздуха, интенсивности солнечной радиации) и температуры поверхности почвы на нетто-поток СО2, гросс-фотосинтез и валовое дыхание экосистемы мезо-олиготрофного болота.
-
Определить величину суточного и сезонного нетто-обмена углекислого газа между болотом и атмосферой.
Научная новизна. Впервые проведены исследования вертикальных потоков диоксида углерода в приземном слое атмосферы на мезо-оли- готрофном болоте таежной зоны Европейского Северо-Востока России. На основании выполненных исследований доказана гипотеза о положительной роли болот подзоны средней тайги в поглощении атмосферного углерода и поддержании углеродного пула биосферы. С использованием двух методов измерений дана характеристика суточной и сезонной динамики величины нетто-обмена диоксида углерода, гросс-фотосинтеза и экосистемного дыхания в системе «болото-атмосфера». Установлено влияние видового состава растительных сообществ и сезонного роста растений на основные показатели СО2-газообмена между болотом и атмосферой. Выявлена значимость температуры и интенсивности солнечной радиации для нетто-обмена диоксида углерода и дана количественная оценка годового баланса вертикальных потоков диоксида углерода в системе «болото-атмосфера». Предложена возможность совместного использования метода камер и метода микровихревых пульсаций для повышения точности оценки сезонного и годового баланса вертикальных потоков диоксида углерода в болотной экосистеме.
Теоретическое и практическое значение. Теоретическая значимость исследования заключается в том, что доказана положительная роль болот среднетаежной подзоны в поддержании углеродного пула биосферы в таежной зоне. Использование современных методов измерения вертикальных потоков парниковых газов (метод камер и метод микровихревых пульсаций) позволило выявить динамику газообмена диоксида углерода в системе « болото-атмосфера». Изложены доказательства влияния температуры поверхности почвы и интенсивности солнечной радиации на основные характеристики СО2-газообмена между болотом и атмосферой. Получены факты, подтверждающие влияние видового состава растительных сообществ и роста растений в течение вегетационного сезона на показатели вертикальных потоков диоксида углерода.
Данные, полученные в ходе подготовки диссертационной работы, включены в лекционный курс «Экология бореальных лесов» Института естественных наук ФГБОУВПО «Сыктывкарский государственный университет» для студентов 4 курса специальности «Экология», а также могут быть использованы в прогнозных оценках климатогенных изменений углеродного баланса болот на Европейском Северо-Востоке России.
Личный вклад соискателя состоит в его непосредственном участии в получении исходных данных о величине и направлении вертикальных потоков СО2 с использованием метода камер и метода микровихревых пульсации, выполнении описания растительного покрова и сезонного роста растениИ на болоте, проведении обработки и интерпретации экспериментальных данных, оценке значимости экологических факторов для суточного и сезонного баланса вертикальных потоков СО2, подготовке основных публикаций по выполненной работе.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на Коми республиканской научной конференции студентов и аспирантов «Человек и окружающая среда» (г. Сыктывкар, 2007, 2008, 2009), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (г. Киров, 2007), Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии» (г. Сыктывкар, 2009, 2011, 2012, 2013), Международной научной конференции «Резервуары и потоки углерода в лесных и болотных экосистемах бореальной зоны» (Сыктывкар, 2011), 14-м Международном торфяном конгрессе (Стокгольм, 2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе две статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 133 страницах, состоит из введения и семи глав, списка литературы и трех приложений. В тексте приведены восемь таблиц и 41 рисунок. Список литературы включает 167 источников, из них 101 - на английском языке.
