Вклад подземных растительных остатков в формирование пула углерода в почве лесных экосистем Средней и Южной Сибири

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На примере 67 пробных площадей, расположенных в разных природных зонах на территории Красноярского края и в горных лесах Западного и Восточного Прибайкалья (Иркутская область и Республика Бурятия), проведена оценка вклада подземных растительных остатков в запасы углерода в почве и проанализированы основные факторы, которые могут влиять на величину запасов этого компонента лесных экосистем. Исследования проводили как в ненарушенных старовозрастных лесах, так и в лесных экосистемах, подвергшихся воздействию рубок, пожаров и аэротехногенного загрязнения. Показано, что запасы углерода в корневом детрите могут быть сопоставимы с запасами углерода в лесной подстилке или даже превосходить их в 1.3–1.9 раз и могут составлять 3.6–167% от запасов углерода в гумусе почвы. Величина этих запасов и их вклада в пул углерода органического вещества почвы зависит от вида лесообразователя, типа почвы и природно-климатической зоны и может существенно увеличиваться после нарушений, затрагивающих надземную часть растительного покрова и пул растительных остатков на поверхности почвы. Недоучет этого компонента при оценке бюджета углерода лесных экосистем может приводить к занижению общих запасов углерода в почве на 5–32% в ненарушенных лесных экосистемах и до 40% после различных нарушений.

Об авторах

Л. В. Мухортова

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: l.mukhortova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1390-9091
Россия, ул. Академгородок, 50/28, Красноярск, 660036

М. Д. Ложенко

Сибирский федеральный университет

Email: l.mukhortova@gmail.com
Россия, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041

М. А. Рязанова

Сибирский федеральный университет

Email: l.mukhortova@gmail.com
Россия, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041

Л. В. Кривобоков

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Email: l.mukhortova@gmail.com
Россия, ул. Академгородок, 50/28, Красноярск, 660036

М. К. Метелева

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Email: l.mukhortova@gmail.com
Россия, ул. Академгородок, 50/28, Красноярск, 660036

И. А. Михайлова

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Email: l.mukhortova@gmail.com
Россия, ул. Академгородок, 50/28, Красноярск, 660036

Э. Ф. Ведрова

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук

Email: l.mukhortova@gmail.com
Россия, ул. Академгородок, 50/28, Красноярск, 660036

Список литературы

  1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.
  2. Безкоровайная И.Н., Климченко А.В. Запасы мортмассы в криогенных почвах после пожаров // Почвенные ресурсы Сибири: вызовы XXI века. Сб. матер. Всерос. науч. конф. Новосибирск: Издательский дом Томск. гос. ун-та, 2017. С. 10–14. https://doi.org/10.17223/9785946216463/2
  3. Бурыкин A.M., Засорина E.В. Процессы минерализации и гумификации растительных остатков молодых почвах техногенных экосистем // Почвоведение. 1989. № 2. С. 61–69.
  4. Ведрова Э.Ф. Баланс углерода в сосняках Красноярской лесостепи // Лесоведение. 1996. № 5. С. 51–59.
  5. Ведрова Э.Ф. Биогенные потоки углерода в бореальных лесах Центральной Сибири // Известия РАН. Сер. биологическая. 2011. № 1. С. 77–89.
  6. Ведрова Э.Ф. Цикл углерода в сосновых лесах таежной зоны Красноярского края // Лесоведение. 1998. № 6. С. 3–10.
  7. Ведрова Э.Ф., Кошурникова Н.Н. Масса и состав фитодетрита в темнохвойных лесах южной тайги // Лесоведение. 2007. № 5. С. 3–11.
  8. Ведрова Э.Ф., Евдокименко М.Д., Безкоровайная И.Н., Мухортова Л.В., Чередникова Ю.С. Запасы углерода в органическом веществе послепожарных сосняков Юго-Западного Прибайкалья // Лесоведение. 2012. № 1. С. 3–13.
  9. Ведрова Э.Ф., Климченко А.В. Динамика экологических функций лиственничников северной тайги под воздействием пожаров // Сибирский экологический журнал. 2007. Т. 14. № 2. С. 263–273.
  10. Ведрова Э.Ф., Мухортова Л.В. Биогеохимическая оценка лесных экосистем // Сибирский экологический журнал. 2014. Т. 21. № 6. С. 933–944.
  11. Ведрова Э.Ф., Мухортова Л.В., Иванов В.В., Кривобоков Л.В., Болонева М.В. Восстановление запасов органического вещества после рубок в лесных экосистемах Восточного Прибайкалья // Известия РАН. Сер. биологическая. 2010. № 1. С. 83–94.
  12. Ведрова Э.Ф., Мухортова Л.В., Трефилова О.В. Участие старовозрастных лесов в бюджете углерода бореальной зоны Центральной Сибири Известия РАН. Сер. биологическая 2018. № 3. С. 326–336.
  13. Горбунова Ю. В. Баланс углерода в культурах сосны техногенных ландшафтов // Вестник КрасГАУ. 2008. № 2. С. 142–148.
  14. Ершов Ю. И. Криогенные почвы на породах трапповой формации Центральной Сибири // Почвоведение. 2022. № 6. С. 657–672.
  15. Заварзина А.Г., Данченко Н.Н., Демин В. В., Артемьева З.И., Когут Б.М. Гуминовые вещества – гипотезы и реальность (обзор) // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1449–1480. https://doi.org/10.31857/S0032180X21120169
  16. Иванов А.В., Сало М.А., Толстикова В.Ю., Брянин С.В., Замолодчиков Д.Г. Влияние ветровала на эмиссию диоксида углерода и запасы тонких корней в почвах Центрального Сихотэ-Алиня // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1255–1264. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100057
  17. Карпачевский Л.О., Боровинская Л.Б., Хайдарова Д.Д. Роль корневых систем в формировании почвы сухой степи // Почвоведение. 1994. № 11. С. 77–84.
  18. Карпечко А.Ю., Туюнен А.В., Медведева М.В., Мошкина Е.В., Дубровина И.А., Геникова Н.В., Сидорова В.А., Мамай А.В., Толстогузов О.В., Кулакова Л.М. Масса тонких корней в почвах лесных сообществ на постагрогенных землях в условиях средней тайги (на примере Республики Карелия) // Растительные ресурсы. 2021. Т. 57, № 2. С. 145–157. https://doi.org/10.31857/S0033994621010088
  19. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумкна, 2004. 342 с.
  20. Коротков И.А. Лесорастительное районирование России и республик бывшего СССР // Углерод в экосистемах лесов и болот России / Под ред. Алексеева В.А., Бердси Р.А. Красноярск, 1994. С. 29–47.
  21. Кошурникова Н. Бюджет углерода в темнохвойных лесах южной тайги. Оценка параметров углеродного цикла в темнохвойных лесах южной тайги Центральной Сибири. LAP Lambert Academic Publishing, 2011. 172 с.
  22. Кошурникова Н.Н. Бюджет углерода в темнохвойных лесах южной тайги. Автореф. дис. … канд. биол. наук. Красноярск, 2007. 20 с.
  23. Лесные экосистемы Енисейского меридиана / Под ред. Плешикова Ф.И. и др. Новосибирск: Изд-во Сибирского отд. РАН. 2002. 356 с.
  24. Мергелов Н.С., Таргульян В.О. Процессы накопления органического вещества в минеральной толще мерзлотных почв приморских низменностей Восточной Сибири // Почвоведение. 2011. № 3. С. 275–287.
  25. Мухортова Л.В. Запас и трансформация органического вещества почвы под лесными культурами. Дис. … канд. биол. наук. Красноярск, 2001. 256 с.
  26. Мухортова Л.В., Кривобоков Л.В., Харпухаева Т.М., Найданов Б.Б. Влияние пожаров на запасы корней и подземного детрита в горнотаежных, лиственничниках Прибайкалья // Лесоведение. 2015. № 4. С. 282–292.
  27. Пономарева В.В., Плотникова Т.А. Методические указания по определению содержания и состава гумуса в почвах (минеральных и торфяных). Л.: Наука, 1975. 105 с.
  28. Прокушкин С.Г., Петренко А.Е., Зырянова О.А., Прокушкин А.С. Запасы фитодетрита и его биогенных элементов в лиственничниках малого водосборного бассейна Центральной Эвенкии // Сибирский лесной журнал. 2022. № 6. С. 34–44. https://doi.org/10.15372/SJFS20220604
  29. Семенов В.М., Лебедева Т.Н., Зинякова Н.Б., Хромычкина Д.П., Соколов Д.А., Лопес де Гереню В.О., Кравченко И.К., Ли Х.3, Семенов М.В. Зависимость разложения органического вещества почвы и растительных остатков от температуры и влажности в длительных инкубационных экспериментах // Почвоведение. 2022. № 7. С. 860–875.
  30. Семенов В.М., Паутова Н.Б., Лебедева Т.Н., Хромычкина Д.П., Семенова Н.А., Лопес де Гереню В.О. Разложение растительных остатков и формирование активного органического вещества в почве инкубационных экспериментов // Почвоведение. 2019. № 10. С. 1172–1184.
  31. Смагин В.Н., Ильинская С.А., Назимова Д.И., Новосельцева И.Ф., Чередникова Ю.С. Типы лесов гор Южной Сибири. Новосибирск: Наука, 1980. 336 с.
  32. Суслопарова Е.С. Влияние антропогенных нарушений на запасы тонких корней в лесах Зейского заповедника // VIII Дружининские чтения: Матер. Всерос. науч. конф. Хабаровск: ИВЭП ДВО РАН, 2023. С. 446–448.
  33. Титлянова А.А., Косых Н.П., Миронычева-Токарева Н.П., Романова И.П. Подземные органы растений в травяных экосистемах. Новосибирск: Новосибирское отд. изд-ва Наука, 1996. 128 с.
  34. Трефилова О.В. Годичный цикл углерода в сосняках средней тайги Приенисейской Сибири. Автореф. дис. … канд. биол. наук. Красноярск, 2006. 17 с.
  35. Трефилова О.В., Ведрова Э.Ф., Кузьмичев В.В. Годичный цикл углерода в зеленомошных сосняках Енисейской равнины // Лесоведение. 2011. № 1. С. 3–12.
  36. Хитров Н.Б., Никитин Д.А., Иванова Е.А., Семенов М.В. Пространственно-временная изменчивость содержания и запаса органического вещества почвы: аналитический обзор // Почвоведение. 2023. № 12. С. 1493–1521. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600841
  37. Angst G., Mueller K.E., Nierop K.G., Simpson M.J. Plant or microbial-derived? A review on the molecular composition of stabilized soil organic matter // Soil Biol Biochem. 2021. V. 156. P. 108–189. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108189
  38. Bowden R.D., Simpson M.J., Saucedo N.P., Brozell K., DiGiacomo J., Lajtha K. Litter and root sources of soilorganic matter in a temperate forest: Thirty years in the DIRT // Soil Sci. Soc. Am. J. 2024. P. 1–9. https://doi.org/10.1002/saj2.20634
  39. Carter M.R., Gregorich E.G. Soil sampling and methods of analysis. CRC press; 2007.1240 p.
  40. Cotrufo M.F., Wallenstein M.D., Boot C.M., Denef K., Paul E. The Microbial Efficiency-Matrix Stabilization (MEMS) framework integrates plant litter decomposition with soil organic matter stabilization: do labile plant inputs form stable soil organic matter? // Glob Change Biol. 2013. V. 19. P. 988–995. https://doi.org/10.1111/gcb.12113
  41. Crow S.E., Lajtha K., Filley T.R., Swanston C.W., Bowden R.D., Caldwell B.A. Sources of plant-derived carbon and stability of organic matter in soil: implications for global change // Global Change Biology. 2009. V. 15. P. 2003–2019. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2009.01850.x
  42. Eissenstat D.M., Yanai R.D. The ecology of root lifespan // Adv. Ecol. Res. 1997. V. 27. P. 1–60. https://doi.org/10.1016/S0065-2504(08)60005-7
  43. Fahey T.J., Yavitt J.B., Goebel M., Pipes G. Incorporation of fine root detritus into forest soil organic matter // Biogeochemistry. 2023. V. 165(2). P. 151–63. https://doi.org/10.1007/s10533-023-01067-2
  44. Gilbert K.J., Fahey T.J., Maerz J.C., Sherman R.E., Bohlen P., Dombroskie J.J., Grofman P.M., Yavitt J.B. Exploring carbon flow through the root channel in a temperate forest soil food web // Soil Biol. Biochem. 2014. V. 76. P. 45–52. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.05.005
  45. Hendrick R.L., Pregitzer K.S. The dynamics of fine root length, biomass, and nitrogen content in two northern hardwood systems // Can. J. For. Res. 1993. V. 23. P. 2507–2520. https://doi.org/10.1139/x93-312
  46. Jackson R.B., Lajtha K., Crow S.E., Hugelius G., Kramer M.G., Pineiro G. The ecology of soil carbon: pools, vulnerabilities, and biotic and abiotic controls // Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 2017. V. 48. P. 419–445. https://doi.org/10.1146/annurev-ecolsys-112414-054234
  47. Jackson R.B., Mooney H.A., Schulze E.D. A global budget for fine root biomass, surface area, and nutrient contents // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997. V. 94. P. 7362–7366. https://doi.org/10.1073/pnas.94.14.7362
  48. Köster E., Köster K., Berninger F., Prokushkin A., Aaltonen H., Zhou X. & Pumpanen J. Changes in fluxes of carbon dioxide and methane caused by fire in Siberian boreal forest with continuous permafrost // J. Environ. Manage. 2018. V. 228. P. 405–415. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.09.051
  49. Kuzyakov Y., Domanski G. Carbon input by plants into the soil: Review // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2000. V. 163. P. 421–431. https://doi.org/10.1002/1522-2624(200008)163:4<421::AID-JPLN421>3.0.CO;2-R
  50. Lukac M. Fine root turnover. In: Measuring Roots: an updated approach / Eds. Mancuso S. Springer, 2012. P. 363-373.
  51. Lynch J.M., Whipps J. M. Substrate flow in the rhizosphere // Plant Soil. 1990. V. 129. P. 1–10. https://doi.org/10.1007/BF00011685
  52. Mukhortova L.V., Bezkorovainaya I.N. Transformation of organic matter of the Larch Forest soils in the northern taiga of Nizhne-Tungusskoe Plateau, central Siberia // Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 2006. V. 11. P. 191–202. https://doi.org/10.1007/s11027-006-1020-8
  53. Nierop K.G.J. Origin of aliphatic compounds in a forest soil // Org Geochem. 1998. V. 29. P. 1009–1016. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(98)00165-X
  54. Pierson D., Evans L., Kayhani K., Bowden R.D., Nadelhoffer K., Simpson M., Lajtha K. Mineral stabilization of soil carbon is suppressed by live roots, outweighing influences from litter quality or quantity // Biogeochemistry. 2021. V. 154. P. 433–449. https://doi.org/10.1007/s10533-021-00804-9
  55. Poirier V., Roume C., Munson A.D. The root of the matter: Linking root traits and soil organic matter stabilization processes // Soil Biol. Biochem. 2018. V. 120. P. 246–259. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.02.016
  56. Pollierer M.M., Langel R., Korner C., Maraun M., Scheu S. The underestimated importance of belowground carbon input for forest soil animal food webs // Ecol. Lett. 2007. V. 10. P. 729–736. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2007.01064.x
  57. Rasse D.P., Rumpel C., Dignac M. F. Is soil carbon mostly root carbon? Mechanisms for a specific stabilization // Plant Soil. 2005. V. 269. P. 341–356. https://doi.org/10.1007/s11104-004-0907-y
  58. Sokol N.W., Kuebbing S.E., Karlsen-Ayala E., Bradford M.A. Evidence for the primacy of living root inputs, not root or shoot litter, in forming soil organic carbon // New Phytol. 2019. V. 221. P. 233–246. https://doi.org/10.1111/nph.15361
  59. Vogt K.A., Grier C.C., Vogt D.J. Production, turnover and nutrient dynamics of above- and belowground detritus of world forests // Adv. Ecol. Res. 1986. V. 15. P. 303–378. https://doi.org/10.1016/S0065-2504(08)60122-1

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Расположение анализируемых ключевых участков по градиенту природно-климатических условий: 1 – лесотундра; 2 – северная тайга; 3 – средняя тайга; 4 – южная тайга; 5 – подтайга; 6 – горно-таежные и подтаежные леса.

Скачать (262KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Запасы корневого детрита в разных типах почвы лесных экосистем лесотундры: планки погрешностей показывают среднеквадратическое отклонение.

Скачать (69KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменения запаса углерода в корневом детрите в зависимости от возраста древостоя: a – лиственничники северной тайги; b – сосняки средней тайги; c – горно-таежные сосняки и пихтарники.

Скачать (135KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вклад корневого детрита в запасы углерода в тяжелых и в легких почвах: 1 – лесотундра; 2 – северная тайга; 3 – средняя тайга; 4 – южная тайга; 5 – горно-таежные леса; 6 – горные подтаежные леса.

Скачать (78KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вклад корневого детрита в запасы углерода в почве в лесотундре (a), северной (b), средней (c) и южной (d) тайге Средней Сибири и в почве лесов горно-таежного (e) и подтаежного (f) поясов гор Южной Сибири: 1 – подстилка; 2 – корневой детрит; 3 – гумус почвы.

Скачать (227KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024