1 of 40

Состояние и динамика компонентов углеродного цикла в лиственничниках криолитозоны Средней Сибири

Прокушкин А.С.

ИЛ СО РАН

ИГ РАН

2 of 40

Ареал лиственничных лесов

Площадь: 2.7 х 10⁸ га (59% территории лесного фонда РФ) (Рослесинфорг, 2024)

Запасы древесины: 30 х 10⁹ м³ (37% от общего)

(Уткин, Замолодчиков и Честных, 2003)

3 of 40

Эвенкийский опорный экспедиционный пункт ИЛ СО РАН, пгт Тура, Эвенкийский муниципальный район Красноярского края

4 of 40

Лиственничнки и мерзлота

5 of 40

Лиственничные леса на карте биомов Уиттакера

Лиственничные леса Сибири

6 of 40

Прошлое и настоящее северной границы ареала: 50,000 лет

Dating based on Larix wood macrofossils distribution in Taimyr Peninsula during the last 50,000 years (Naurzbaev, Vaganov, 2000; Briffa et al., 2000, Naurzbaev et al., 2002, 2003 http://www.cru.uea.ac.uk/cru/people/briffa/qsr1999).

Latitude

Year

Karginskoe inter-glacial

Sartanskoe glacial

Holocene

Pleistocene

NO fossil wood

Ary-Mas

Present Larix tree-line

7 of 40

McDonald et al., 2008

Schulte et al., 2022

Прошлое и настоящее северной границы ареала: 50,000 лет

8 of 40

Northern Hemisphere (Mann et al. 1999), Arctic (Overpeck et al. 1997) and northern Eurasian (Briffa & Osborn 1999; Briffa 2000) summer surface-temperature trends over the past 1000 years (adapted from Overpeck et al. 1997; Briffa & Osborn 1999; Mann et al. ...�

Tree establishment generally coincides with temperature peaks
Large frequency of trees established in 20th century

Naurzbaev 2005

Cit.: MacDonald G et al. Phil. Trans. R. Soc. B 2008; 363:2283-2299

9 of 40

Факторы

Климат
Пожары

Мерзлота и

сезонно-талый слой

10 of 40

Лес в тундру: Анабарского плато

5 cm depth

20 cm depth

369 m a.s.l.

303 m a.s.l.

283 m a.s.l.

71 m a.s.l.

11 of 40

Лес в тундру: плато Сыверма (Путорана)

800 m

700 m

900 m

500 m

350 m

12 of 40

Take home message:

Рост запасов углерода в надземной фитомассе, т.е. в лесах
Органическое вещество почвы современных экосистем тундры могло образоваться на лесной территории прошлых теплых периодов;
Продвижение лиственничных лесов в тундру и такие модели развития насаждений, как смыкание полога, развитие сплошного мохового покрова и накопление органического слоя, вызывает аградацию (подъем) мерзлоты и снижение температуры почвы, что приводит к консервации C (включая ранее криотурбированные горизонты) в мерзлой подпочве в течение «ДЛИТЕЛЬНОГО» периода времени. Потепление, прогнозируемое в >2oC, может преобразовать лесотундровую зону экотона Ары-Мас в северную лиственничную тайгу, но все еще подстилаемуюод сплошной многолетней мерзлотой.

13 of 40

Лес, мерзлота и пожары

Динамика сезонно-талого слоя.

Knorre A. A. , Kirdyanov A.V., Prokushkin A.S., Krusic P.J., Büntgen U. Tree ring-based reconstruction of the long-term influence of wildfires on permafrost active layer dynamics in Central Siberia // Science of The Total Environment, V. 652, 2019, P. 314-319, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.124.

14 of 40

Снег-мерзлота

Дождь

Мерзлота – источник воды в засушливые периоды

16 of 40

Мерзлота – ограничивает доступность элементов минерального питания

17 of 40

Микориза – источник N

18 of 40

Пожары

19 of 40

ca. 1% of territory burned annually

Major Siberian Rivers:

Fire year of 2003

Central Siberian Rivers

Central Siberian stream basins

MODIS (modeled GPP)

20 of 40

Роль пожаров в ареале распространения лиственницы

21 of 40

Пожары и Годичный прирост деревьев

Деревья пережившие несколько пожарных событий

Деревья возобновившиеся после пожара

22 of 40

Пулы и потоки углерода

23 of 40

Запасы углерода в лиственничных биогеоценозах

Общий запас ~ 9 кгC/м²

Почва 41%

Стволовая фитомасса ~20% (древесный ярус 28%)

О горизонт 15%

МЛЯ 5%

n = 12, A = 107-205 лет

24 of 40

Углерод в почве

Содержание органического углерода (а) и δ13С (б) в почвах среднетаежных сосняков (1) и северотаежных лиственничников (2). Содержание углерода показано на логарифмической шкале. МЛЯ – мохово-лишайниковый ярус (представлен преимущественно зелеными мхами в лиственничных лесах, лишайниками в сосновых лесах), горизонт О – органический слой почвы (лесная подстилка).

Зависимость значений δ13C почвенного органического вещества от соотношения C:N (а) и лог-преобразованного содержания углерода (LogОС) (б) в почвах лесных экосистем Центральной Сибири. 1 – подзолы аллювиально-железистые средней тайги. 2 – криогенные почвы (криоземы и подбуры) северной тайги.

β - скорость оборота

25 of 40

Рост глубины СТС = увеличение сорбции С

26 of 40

Пожары и запасы углерода в лиственничниках

На пожарищах и в пирогенных лиственничных молодняках (≤25 лет) отмечено снижение общего запаса углерода на 30%, обусловленное изъятием травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов растительности, а также органического горизонта почвы и части КДО. Запасы Сорг в этих пулах претерпевали как непосредственное воздействие пожаров (снижение на 40-80% в зависимости от элемента микрорельефа), так и постпирогенную минерализацию остаточного органического вещества и снижение их доли до 27% на 25-летнем пожарище от исходных запасов.

27 of 40

Компоненты биогеоценозов с наибольшей амплитудой

28 of 40

Накопление углерода в бореальных лесах

8.1 kg Cm⁻²

Скорость накопления от 60 гС/м2/год на начальных этапах лесовосстановления и далее приближается к равновесному состоянию

29 of 40

Продуктивность лиственничника

Чистая экосистемная продуктивность 50-100 гС/м²…???

NEP (-NEE) = GPP - Reco

30 of 40

Фотосинтез лиственницы и распределение фотоассимилятов

31 of 40

Почвенное дыхание

Исходя из NEE… Reco >> 300 гС/м²

32 of 40

СО₂ в органическом слое почвы

33 of 40

Влияние пожаров на эмиссионные потоки парниковых газов из почвы

34 of 40

Растворенный углерод

Rainfall

Throughfall/stemflow

Export to stream

0.9-4.5 mgC/l

(< 0.5 gC/m2/a)

6-70 mgC/l

(ca 1.0 gC/m2/a)

20-120 mgC/l

(2-18 gC/m2/a)

5-31 mgC/l

2-10 gC/m2/a

15-40 mgC/l

5-15 mgC/l

ALT

Time

2-5 mgC/l

35 of 40

May

September

5 cm

20 cm

moss

O layer

Active layer

Permafrost

40 cm

60 cm

36 of 40

Латеральный сток из наземных в водные системы