ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2019, № 1, С. 29-37


ЗНАЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО И ВРЕМЕННО́ГО МАСШТАБА ПРИ АНАЛИЗЕ ФАКТОРОВ ЭМИССИИ СО2 ИЗ ПОЧВЫ В ЛЕСАХ ВАЛДАЙСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ
Д. В. Карелин1, 2, 3, А. И. Азовский1, А. С. Куманяев1, Д. Г. Замолодчиков1, 2
1Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Россия, 119992, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12
E-mail: dkarelin7@gmail.com
2Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН
Россия, 117810, Москва, ул. Профсоюзная, 84/32
3Институт географии РАН
Россия, 119017, Москва, Старомонетный переулок, 29


Поступила в редакцию 16.09.2018 г.
Статистический анализ данных многолетних наблюдений за эмиссией СО2 из почвы в южнотаежном ельнике (Валдайский район Новгородской области, 2009-2017 гг.) показывает, насколько пространственно-временной масштаб исходных полевых данных способен повлиять на оценку вклада факторов этой важнейшей компоненты углеродного баланса и на точность ее предсказания. В частности, вклады в дисперсию эмиссии СО2 пространственной (47%) и временной (53%) компонент с ежемесячными измерениями за ряд лет на 500-метровой линии наблюдений оказываются сходны, тогда как во внутригодовом масштабе наблюдений вклад пространственной изменчивости существенно меньше временно́й (14-33 и 39-49%, соответственно). Доля объясненной дисперсии дыхания почвы по регрессионным моделям, построенным только на основе факторов температуры и влажности верхнего горизонта почвы (0-10 см), также существенно зависит от пространственных и временны́х масштабов наблюдений. Анализ единого массива данных, полученных в исследуемой экосистеме, показывает, что в зависимости от применяемого масштаба эта величина может меняться от 27 до 72%. Полученные результаты заставляют более критически отнестись к распространенной практике переноса регрессионных зависимостей, полученных на основе широкомасштабных полевых данных, в гео-информационные модели меньшего масштаба.
Ключевые слова: эмиссия СО2 из почвы, южнотаежный ельник, пространственно-временной масштаб.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда 16-17-00123 «Научные основы учета и прогноза бюджета углерода лесов России в системе международных обязательств по охране атмосферы и климата» (полевые работы 2016-2017 гг.) и в рамках темы Госзадания на 2017 г. ЦЭПЛ РАН № 0110-2014-0002 «Климатогенные и антропогенные модификации биосферных функций бореальных лесов и арктических экосистем России» (анализ данных).
DOI: 10.1134/S0024114819010078


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Алферов А. М., Блинов В. Г., Гитарский М. Л., Грабар В. А., Замолодчиков Д. Г., Зинченко А. В., Иванова Н. П., Ивахов В. М., Карабань Р. Т., Карелин Д. В., Калюжный И. Л., Кашин Ф. В., Конюшков Д. Е., Коротков В. Н., Кровотынцев В. А., Лавров С.А., Марунич А. С., Парамонова Н. Н., Романовская А. А., Трунов А. А., Шилкин А. В., Юзбеков А. К. Мониторинг потоков парниковых газов в природных экосистемах.  Саратов: Амирит, 2017. 279 с.

  • Карелин Д. В., Замолодчиков Д. Г. Углеродный обмен в криогенных экосистемах. М.: Наука, 2008. 344 с.

  • Карелин Д. В., Замолодчиков Д. Г., Краев Г. Н. Методическое руководство по анализу эмиссий углерода из почв поселений в тундре. М., Изд-во ЦЭПЛ РАН, 2015. 64 с.

  • Карелин Д. В., Почикалов А. В., Замолодчиков Д. Г. Эффект усиления эмиссии СО2 в окнах распада лесов Валдая // Известия РАН. Серия географическая. 2017. № 2. C. 60–68.

  • Карелин Д. В., Почикалов А. В., Замолодчиков Д. Г., Гитарский М. Л. Факторы пространственно-временной изменчивости потоков СО2 из почв южнотаежного ельника на Валдае // Лесоведение. 2014. № 4. С. 56–66.

  • Карелин Д. В., Горячкин С. В., Замолодчиков Д. Г., Долгих А. В., Зазовская Э. П., Шишков В. А., Почикалов А. В., Сирин А. А., Суворов Г. Г., Краев Г. Н. Влияние местных антропогенных факторов на почвенную эмиссию биогенных парниковых газов в криогенных экосистемах // Журнал общей биологии. 2016. Т. 77. № 3. С. 167–181.

  • Копцик Г. Н., Куприянова Ю. В., Кадулин М. С. Пространственная изменчивость эмиссии диоксида углерода почвами в основных типах лесных экосистем Звенигородской биостанции МГУ им. М.В. Ломоносова // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2018. № 2. С. 40–47.

  • Кудеяров В. Н., Заварзин Г. А., Благодатский С. А., Борисов А. В., Воронин П. Ю., Демкин В. А., Демкина Т. С., Евдокимов И. В., Замолодчиков Д. Г., Карелин Д. В., Комаров А.С., Курганова И. Н., Ларионова А. А., Лопес де Гереню В.О., Уткин А. И., Чертов О. Г. Пулы и потоки углерода в наземных экосистемах России. М.: Наука, 2007. 315 с.

  • Молчанов А. Г., Курбатова Ю. А., Ольчев А. В. Влияние сплошной вырубки леса на эмиссию СО2 с поверхности почвы // Известия РАН. Серия биологическая.  2017. № 2. С. 190-196.

  • Acosta M., Pavelka M., Montagnani L., Kutsch W., Lindroth A., Juszczak R., Janouš D. Soil surface CO2 efflux measurements in Norway spruce forests: Comparison between four different sites across Europe — from boreal to alpine forest // Geoderma. 2013. V. 192. P. 295–303.

  • Anderson M. J., Gorley R. N., Clarke K. R. PERMANOVA+ for PRIMER: guide to software and statistical methods. Plymouth: PRIMER-E Ltd, 2008. 214 p. http://updates.primer-e.com/primer7/manuals/PERMANOVA+_manual.pdf (date accessed 17.10.2018).

  • Fang С., Moncrief J. B., Gholz H. L., Clark K. L. Soil CO2 efflux and its spatial variation in a Florida slash pine plantation // Plant and Soil. 1998. V. 205. No. 2. P. 135-146.

  • Graf A., Herbst M., Weihermüller L., Huisman J.A., Prolingheuer N., Bornemann L., Vereecken H. Analyzing spatiotemporal variability of heterotrophic soil respiration at the field scale using orthogonal functions // Geoderma. 2012. V. 181-182. P. 91–101.

  • Li W., Bai Z., Jin C., Zhang X., Guan D., Wang A., Yuan F., Wu J. The influence of tree species on small scale spatial heterogeneity of soil respiration in a temperate mixed forest // Science of the Total Environment. 2017. V. 590-591. P. 242–248.

  • LI-8100A Automated Soil Gas Flux System. Licor BioSciences, 2016.  24 p/ https://www.licor.com/documents/yya24c0b4nfcg2vqglsq (date accessed 17.10.2018).

  • Maestre F. T., Cortina J. Small-scale spatial variation in soil CO2 efflux in a Mediterranean semiarid steppe // Applied Soil Ecology. 2003. V. 23. No. 3. P. 199-209.

  • Morris S. J. Spatial distribution of fungal and bacterial biomass in southern Ohio hardwood forest soils: fine scale variability and microscale patterns // Soil Biology and Biochemistry. 1999. V. 31. No. 10. P. 1375–1386.

  • Oechel W. C., Hastings S. J, Vourlitis G., Jenkins M., Riechers G., Grulke N., Recent change of Arctic tundra ecosystems from a carbon sink to a source // Nature. 1993. V. 361. No. 6412. P. 520-523.

  • Parkin T. B. Spatial variability of microbial process in soil – A review // Journal of Environmental Quality. 1993. V. 22. No. 3. P. 409–417.

  • Qi Y.-C., Dong Y.-S., Jin Z., Peng Q., Xiao S.-S., He Y.-T. Spatial heterogeneity of soil nutrients and respiration in the desertified grasslands of Inner Mongolia, China // Pedosphere. 2010. V. 20. No. 5. P. 655–665.

  • Rayment M. B., Jarvis P. G. Temporal and spatial variation of soil CO2  effux in a Canadian boreal forest // Soil Biology and Biochemistry. 2000. V. 32. No. 1. P. 35-45.

  • Robertson G. P., Klingensmith K. M., Klug M. J., Paul E. A., Crum J. R., Ellis B. G. Soil resources, microbial activity, and primary production across an agricultural ecosystem // Ecological Applications. 1997. V. 7. No. 1. P. 158–170.

  • Stoyan Н., De-Polli H., Böhm S., Robertson G. P., Paul E. A. Spatial heterogeneity of soil respiration and related properties at the plant scale // Plant and Soil. 2000. V. 222 . No. 1. P. 203-214.

  • Xu M., Qi Y. Soil-surface CO2 efflux and its spatial and temporal variations in a young ponderosa pine plantation in northern California // Global Change Biology. 2001. V. 7. No. 6. P. 667-677.