<<
>>

РОЛЬ ПОДЗЕМНЫХ ОРГАНОВ В КРУГОВОРОТЕ УГЛЕРОДАВ БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ А. А. Титлянова

  Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, Новосибирск, argenta@issa.nsc.ru
Подземные органы в болотах вносят не менее 50-70 % в общую живую фитомассу и 40-60 % в чистую первичную продукцию (NPP).
Подземные органы участвуют в торфообразовании в такой же доле как надземная фитомасса. В аэробной зоне процесс минерализации торфа в значительной степени компенсируется поступлением свежих порций фитомассы с растущими, а затем отмирающими корнями высших растений.
Сведения о запасах живых и мертвых подземных органов (корни, корневища, узлы кущения), их продукции и разложении в травяных экосистемах (степи и луга) подробно изложены нами ранее в серии статей и книг [1, 2, 3, 4].
О запасах и продукции подземных органов в болотных экосистемах известно довольно мало. Вален [5] определял фитомассу тонких и грубых корней цветковых растений в болотах Северной и Южной Швеции. Общая фитомасса подземных органов оказалась близкой в обоих болотах - 2700-2800 г/м2. Доля грубых корней достигала 26 % в северном болоте и 35 % в южном. Основную массу составляли тонкие, мелкие корни.
Подобная же работа проводилась в Канаде [6] на серии болот от бедного фена до верхового кочковатого болота. Запас корней изменялся от 1200 г/м2 (фен) до 2400 г/м2 (верховое болото), а доля грубых корней колебалась от 0 до 86 %.
Данных о подземной продукции (BNP) болот еще меньше. Поскольку методы определения BNP были очень разными, то величины BNP весьма противоречивы: от 51 г/м2-год [7] до 560 г/м2-год [5]. В травяном осоковом болоте подземная продукция достигала 870 г/м2-год . Такой разнобой данных не позволяет оценить долю BNP от общей чистой первичной продукции (NPP) болота.
В наших работах мы пользовались единой методикой для определения запаса живых подземных органов в болотах и их продукции [9]. Основываясь на цитируемой работе, приведем данные о запасах живых подземных органов и их продукции в различных болотах.
Работы проводились в северной тайге Западной Сибири близ города Ноябрьска (63о30' N, 78o20' E) и включали следующие типы болот. Палса (болото на вечной мерзлоте) с двумя экосистемами - палса (мерзлый бугор) и олиготрофная мочажина; плоскобугристое болото с экосистемами - бугор и мезотрофная мочажина, а также мезотроф- ный фен.
Величины запасов подземных органов и их продукции приведены в табл. 1. В общей живой фитомассе северных болот подземные органы составляют от 50 до 77 %, т.е. половину и больше. В продукционном процессе на долю корней и корневищ приходится от 37 до 66 % всей продуцируемой в течение года фитомассы.
Изучать на болотах продукционный процесс и оценивать чистую первичную продукцию, не принимая во внимание подземные органы, - это означает сделать работу лишь наполовину. Подземные органы, в особенности корни, участвуют в торфообразовании в такой же доле, как и надземная фитомасса болота.
Влияние корней растений включено в модель длительного накопления торфа [10]. Авторы впрямую смоделировали роль корней растений, которые поставляют как свежие растительные остатки, так и кислород на определенную глубину торфяного профиля.
Вход мертвых корней в торфяную толщу происходит каждый год, и, отмирая, они добавляют разлагающийся материал во всю толщу торфа до глубины их проникновения.
Образуются некие «слои торфа», в которых к старой мертвой фитомассе, состоящей
из поверхностных остатков, ежегодно прибавляется только что отмершая фитомасса корней.
Таблица 1
Запасы живой фитомассы (г/м2, сух.вес), и величины продукции ( г/м2тод) в исследуемых болотах

Показатели

Повышенные элементы рельефа

Пониженные элементы рельефа

Мезотрофный фен в долине реки

палса

бугор

олиготрофная
мочажина

мезотрофная мочажина

Общая фитомасса

1475±30

1830±22

650±9

1274±36

1339±27

Подземная фитомасса

817±26

1210±32

325±13

986±61

873±45

Процент подземной фитомассы от общей

55

66

50

77

65

NPP

559±56

653±59

354±21

697±21

959±99

BNP

293±21

239±18

143±17

405±26

634±114

Процент BNP от NPP

52

37

40

58

66
/>Примечание: данные приведены по [9].

Поверхностные слои торфа в зоне корней не только теряют массу в процессе минерализации, но и получают новую массу за счет отмирающих корней. Слои торфа, лежащие ниже зоны корней, теряют только массу. Следует также указать, что добавление свежих растительных остатков увеличивает способность к разложению старой массы, потому что свежая мертвая масса быстрее разлагается и стимулирует разложение старой.
Параметры модели, как указывают ее авторы [10], основываются на измерениях в поле и в лаборатории. Принято, что вход корневых остатков сосудистых растений составляет 0,2-0,3 кг/м2 в год. Глубина проникновения корней ниже уровня стояния воды оценивается в 0,25-0,30 м. Модель рассматривает приведенную глубину как место наибольшего скопления корней и максимального круговорота, но не как границу проникновения корней, которая может лежать значительно ниже.
Для оценки разложения торфа и участия привноса свежего материала с растущими корнями был поставлен специальный опыт в Польше на пушицево-сфагновом болоте Пальмира, глубина которого всего 120 см. Мешочки с торфом (2 г на пробу) закладывались в толщу болота в специальные траншеи - на 30 см (аэробная зона) и 60 см (считалось, что на этой глубине царят анаэробные процессы). Оказалось, что корни пушицы проникают на глубину 60-70 см и по ходам корней в толщу торфа проникает кислород. Через различные промежутки времени часть мешочков извлекалась и их содержимое взвешивалось. Далее из пробы отбирались корни, вросшие со стороны в мешочек. Фракции корней и торфа (часть без видимых корней) взвешивались. Динамика массы торфа и корней позволила построить баланс углерода за год (табл. 2).
Колебания массы торфа в течение года обусловлены тремя процессами: проникновением корней в мешочек и их ростом, отмиранием корней с последующим их размельчением и минерализацией торфа. Прирост корней происходит активнее всего весной, когда начинают вегетировать растения - в мае, июне. Летом корни отмирают, частично минерализуются, частично измельчаются. При разборке пробы во фракцию корни относят лишь остатки, распознаваемые как корни. Измельченная часть корней визуально не отличается от торфа и остается во фракции торф, пополняя тем его массу.
Процессы прироста, отмирания, разложения корней и перехода измельченной части в основную массу идут на фоне постоянной медленной минерализации торфа. При учете всех процессов возможно построить бюджет, приведенный в табл. 2.

Потери и прибыль массы торфа и корней между сроками учета, мг на пробу

Глубина, см

Фракция

24.08.06 -22.09.06

22.09.06 -25.10.06

25.10.06 - 22.06.07

22.06.07 -22.08.07

24.08.06 -22.08.07

30

торф

О
ГМ
1

+ 66

- 244

+ 184

- 14

корни

+ 3

- 49

+ 160

- 173

- 59

60

торф

+ 147

- 48

- 231

+ 160

+ 28

корни

on
on
1

+ 33

+ 123

- 156

СО
on
1

В первый период (конец августа - конец сентября) на глубине 30 см торф минерализуется, а корни слегка нарастают. В этот же период на глубине 60 см старые корни измельчаются и пополняют фракцию торфа. Второй период (осень 2006 г.) характеризуется размельчением корней на глубине 30 см и переходом их во фракцию торфа. На глубине 60 см происходят позднеосенний прирост корней и минерализация торфа. Третий период включает зиму, весну и начало лета. На обеих глубинах (вероятно весной и летом) идут интенсивные процессы разложения торфа и прироста корней. Четвертый период - лето - отличается отмиранием корней, их измельчением и пополнением мелкими остатками фракции торфа.
Приведенный бюджет позволяет рассчитать годичную интенсивность минерализации торфа. На глубине 30 см торф за год потерял за счет минерализации 264 мг в расчете на одну пробу, со средним весом 1828 мг, что составляет 14 % от исходного количества. За счет размельченных корней за то же время торф пополнился на 250 мг новыми растительными остатками. Итоговая же цифра потерь торфа за год 14 мг на пробу, т. е. всего 0,8 %. На глубине 60 см годовые потери массы торфа составили 279 мг, а приход новой массы за счет корней - 307 мг. Таким образом, потери органического вещества за счет минерализации перекрывались приходом новой фитомассы.
Следовательно, в аэробной зоне процесс минерализации торфа в значительной мере компенсируется поступлением свежих порций фитомассы с растущими корнями высших растений. Ранее этот процесс обычно не учитывался, так как корневая часть фитомассы в болотных экосистемах оценивается крайне редко.
Литература Титлянова А. А. Биологический круговорот углерода в травяных биогеоценозах. - Новосибирск: Наука, 1977. - 224 с. Титлянова А. А., Косых Н. П., Миронычева-Токарева Н. П., Романова И. П. Подземные органы растений в травяных экосистемах. - Новосибирск: Наука, 1996. - 128 с. Степи Центральной Азии / И. М.Гаджиев, А. Ю.Королюк, А. А.Титлянова [и др.]. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. - 299 с. Базилевич Н. И., Титлянова А. А. Биотический круговорот на пяти континентах: азот и зольные элементы в природных наземных экосистемах. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - 381 с. Walten B (1992) Methods for studying below-ground production in mire ecosystems. Suo 43:155162. Moore T. R., Bubier J. L., Frolking S. E., Lafleur P M., Roulet N. T. (2002) Plant biomass and production and CO2 exchange in an ombtrotrophic bog. J. Ecol. 90:25-36. Backёus I., (1990) Production and dept distribution of fine roots in a boreal open bog. Annl Bot Fennici 27:261-265. Aerts R., De Caluwe H. (1994) Nitrogen use efficiency of Carex species in relation to nitrogen supply. Ecology 75:2362-2372. Kosykch N. P., Koronatova N.G., Naumova N. B., Titlyanova A. A. Above- and below-ground phytomass and net primary production in boreal mire ecosystems of West Siberia, 2008. Wetland Ecol Manage 16, 139-153. Frolking, S., Roulet, N.T., Moore, T.R., Richard, P.J.H., Lavoie, M., and Muller, S.D., 2001. Modeling Northern peatland decomposition and peat accumulation. Ecosystems 4, 479-498.
THE ROLE OF BELOWGROUND PLANT ORGANS
IN THE CARBON TURNOVER IN MIRES
А. А. Titlyanova
Belowground plant organs in the mires contribute about 50-70 % to the total living phytomass and 40-50 % to the net primary production (NPP). Belowground phytomass takes part in the peat formation as well as aboveground one. In aerobic zone the input of the fresh belowground mortmass is compensated for some part of peat losses caused by mineralization.

УДК 551.509
<< | >>
Источник: Л. И. Инишева. Болота и биосфера : материалы VII Всероссийской с международным участием научной школы. 2010
Помощь с написанием учебных работ

Еще по теме РОЛЬ ПОДЗЕМНЫХ ОРГАНОВ В КРУГОВОРОТЕ УГЛЕРОДАВ БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ А. А. Титлянова:

  1. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ В БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ[2]Н. П. Косых, Н. П. Миронычева-Токарева, Е. К. Вишнякова
  2. ПРЕВРАЩЕНИЯ СОЕДИНЕНИИ УГЛЕРОДАИ КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА
  3. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ АЗОТА И УГЛЕРОДАВ ЕСТЕСТВЕННЫХ И АНТРОПОГЕННО НАРУШЕННЫХБОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
  4. КОСВЕННОЕ ВЛИЯНИЕ ЖИВОТНЫХ НА КРУГОВОРОТ ЭЛЕМЕНТОВ В НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
  5. ВОДООБМЕН В БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
  6. РОЛЬ БОЛОТ В КРУГОВОРОТЕ УГЛЕРОДА
  7. ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИТАКСОНОМИЧЕСКОГО СОСТАВА САПРОТРОФНОГО КОМПЛЕКСАБАКТЕРИЙ В БОЛОТНО-ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
  8. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗВЛИЯНИЯ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ НЕФТЕДОБЫЧИНА БОЛОТНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ М.              Н. Алексеева
  9. ДРЕВНЕЕ БОЛОТНОЕ ПОЧВООБРАЗОВАНИЕИ ЕГО РОЛЬ В РАЗВИТИИ БИОСФЕРЫ
  10. РОЛЬ БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМ В ДИНАМИКЕ ЛАНДШАФТОВУРБАНИЗИРОВАННЫХ РАЙОНОВ ПРИАНГАРЬЯ
  11. БИОСФЕРНАЯ РОЛЬ БОЛОТ. БИОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ВЕЩЕСТВ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМ
  12. ПОДЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
  13. Подземные базы
  14. 8.5.1. Изменение органов и систем органов в процессе старения
  15. Глава VII УВЕЛИЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДАВ АТМОСФЕРЕ, ФОТОСИНТЕЗ И УРОЖАИ
  16. МИКРОБНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ МЕТАНА, ДИОКСИДА УГЛЕРОДАИ ЗАКИСИ АЗОТА В ОКУЛЬТУРЕННЫХ ТОРФЯНЫХ ПОЧВАХ В. В. Новиков, А. Л. Степанов, А. И. Поздняков
  17. Единство жизни в биосферном круговороте
  18. Транспортировка навоза по подземному трубопроводу оросительной сети и внесение его цистернами-разбрасывателями из полевого хранилища или от загрузочной станции
  19. 6. Биогеоценоз и экосистема
  20. 3. 2. Биотический круговорот