Продукционно – деструкционные процессы в олиготрофных болотных экосистемах южно-таежной подзоны Западной Сибири
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………. 4
ГЛАВА 1. БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА В БОЛОТНЫХ
ЭКОСИСТЕМАХ ……………………………………………………………………………………………. 13
1.1. Биологическая продуктивность болотных экосистем ………………………….. 15
1.2 . Деструкция растений-торфообразователей ……………………………………. 25
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………… 35
2.1. Объекты и условия исследования ………………………………………………………. 35
2.1.1. Растения-торфообразователи ……………………………………………………. 36
2.1.2 Природные условия ………………………………………………………………….. 37
2.1.3. Характеристика болотных фитоценозов …………………………………… 43
2.1.4. Погодные (гидротермические) условия ……………………………………. 49
2.2. Методы исследований ……………………………………………………………………….. 54
2.2.1. Биологическая продуктивность ………………………………………………… 54
2.2.2. Скорость разложения растений-торфообразователей………………… 56
2.2.3. Микробиологическая активность в процессе разложения растений-
торфообразователей ………………………………………………………………………………………… 59
2.2.4. Контроль гидротермических параметров ………………………………….. 61
2.2.5. Оценка влияния абиотических факторов на скорость разложения
растений-торфообразователей в условиях модельного эксперимента ……………….. 62
2.3. Статистическая обработка данных ……………………………………………………… 66
ГЛАВА 3. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ БОЛОТНЫХ
ФИТОЦЕНОЗОВ И РАСТЕНИЙ-ТОРФООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ………………………….. 68
3.1. Фитомасса и мортмасса ……………………………………………………………………… 68
3.2. Продукция фитоценозов …………………………………………………………………….. 72
3.3. Продукция отдельных растений-торфообразователей…………………………. 73
ГЛАВА 4. ДИНАМИКА РАЗЛОЖЕНИЯ ОСНОВНЫХ РАСТЕНИЙ-
ТОРФООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ОЛИГОТРОФНЫХ БОЛОТ …………………………………. 77
4.1. Потери массы растений-торфообразователей в процессе деструкции
органического вещества ………………………………………………………………………………….. 78
4.2. Изменение химического состава растений-торфообразователей в ходе
деструкции ……………………………………………………………………………………………………… 85
4.3. Изменение изотопного состава растительных остатков в ходе
деструкции……… …………………………………………………………………………………………. 100
4.4. Микробиологическая активность ……………………………………………………… 104
4.5. Влияние гидротермических условий на скорость разложения растений-
торфообразователей ………………………………………………………………………………………. 117
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ПРОДУКЦИОННО-ДЕСТРУКЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В
ОЛИГОТРОФНЫХ БОЛОТАХ ……………………………………………………………………… 122
ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СКОРОСТЬ
РАЗЛОЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ-ТОРФООБРАЗОВАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ
МОДЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА……………………………………………………………….. 127
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………….. 142
ЛИТЕРАТУРА ………………………………………………………………………………………………. 145
ПРИЛОЖЕНИЯ …………………………………………………………………………………………….. 168
Актуальность темы. Процессы образования и разложения органического
вещества (ОВ) представляют основу функционирования всей живой оболочки
Земли (Добровольский, Никитин, 1990). Соотношение этих процессов является
одним из основных индикаторов состояния и трансформации природных систем,
показывая какой процесс в данный момент преобладает в экосистеме: синтез ОВ
или же его разложение. Органическое вещество болотных экосистем,
накопленное в виде торфа, составляет главную часть мировых запасов связанного
углерода, которое оценивается величиной 120 – 455 ПгC (Boмпеpcкий, 1994;
Gоrhаm, 1991), это вдвое больше, чем сосредоточено во всех лесах планеты.
Специфической особенностью болотных экосистем является то, что углерод
растительной массы, за счет активных процессов консервации растительных
остатков в условиях постоянного переувлажнения трансформируется в углерод
торфяной залежи и на тысячи лет исключается из круговорота веществ в
биосфере (Тюремнов, 1976; Заварзин, 1994; Inisheva et al., 2016). Незамкнутость
круговорота веществ, характерная для болотных экосистем, приводит к тому, что
в болотах аккумуляция (сток) углерода из атмосферы преобладает над его
выделением в виде СО2 и СН4, т. е. скорость продукции преобладает над
деструкцией (Болота Западной Сибири и их роль в биосфере, 2000). Активное
накопление углерода происходит в течение вегетационного периода в результате
прироста растительной массы (Fortuniak, Pawlak, 2014). Показателем скорости
накопления органического углерода является чистая первичная продукция.
Величина которой зависит от видового разнообразия фитоценоза,
гидрологических и климатических условий (Базилевич, 1993; Malmer, Wallen,
1993). Интенсивность процесса разложения растительных остатков зависит, в
первую очередь, от химического состава растений, активности микроорганизмов-
деструкторов, условий среды, основными из которых являются температура и
влажность (Тюрин, 1965; Козловская и др., 1978; Теппер, 1975; Денисенков, 2000;
Ozalp et al., 2007; Guo et al., 2008; Peltoniemi et al., 2012; Dobrovol’skaya et al.,
2014).
Наблюдаемые в настоящее время изменения климата и постоянное
возрастание антропогенного воздействия на природные экосистемы могут
привести к ускорению процессов разложения и, следовательно, к увеличению
эмиссии CO2 в атмосферу (Добровольская и др., 2015; Hogg et al., 1992; Domisch et
al., 2006; Vanhala et al., 2008). Таким образом, изучение процессов трансформации
органического вещества в настоящее время является актуальным на мировом
уровне.
Западная Сибирь – уникальный регион, лидирующий во всем мире по
масштабам заболачивания. Площадь болот здесь достигает 32,5 тыс. га и в
настоящее время наблюдается дальнейшее заболачивание региона, особенно в
подзонах южной и средней тайги, где отмечаются скорости вертикального
прироста торфа 0,39–2,62 мм/год, а скорости прироста площади заболоченных
территори – около 100 км2/год (Нейштадт, 1977; Пологова, Лапшина, 2002). В
болотных биогеоценозах Западной Сибири сконцентрировано около 36 % от
общих запасов почвенного углерода России (Vompersky, 1994; Ефремов, 1994;
Титлянова и др., 1998; Zavarzin, Kudeyarov, 2006), при этом преобладающими
являются болота олиготрофного типа (Бабешина, Дмитрук, 2009; Евсеева, 2012;
Kremenetski et al., 2003).
Следует отметить, что работ, посвященных продукционно-деструкционным
процессам в болотах Западной Сибири сравнительно немного (Козловская, 1978;
Боч, Мазинг, 1979; Бамбалов, 1990; Базилевич, 1993; Титлянова, 1998; Косых,
2009; Миронычева-Токарева, 2013; Вишнякова (Паршина) 2009, 2017 и др.).
Малое количество исследований, прежде всего, связано со сложностью изучения
болотных массивов, их труднодоступностью, длительностью экспериментов и
отсутствием общих методик комплексных исследований. Постановка и
разработка темы данной диссертационной работы обусловлена
востребованностью информации о процессах продукции и деструкции растений-
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!