ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы почвоведения, экологии и биогеохимии, связанной с регулированием круговорота углерода и азота в тундровых экосистемах. Вследствие возрастания частоты возникновения пожаров в тундре за последние десятилетия, они превратились в мощный фактор регулирующий запасы и потоки элементов в экосистеме, а также запускающий сукцессии растительного покрова и микробного комплекса почв. В ходе реализации проекта впервые будут проведены комплексные почвенные, геоботанические и микробиологические исследования на территории разных по возрасту пожарищ в условиях горной тундры Хибин. Эти исследования включают оценку динамики запасов углерода и азота в экосистемах постпирогенного хроноряда, определение основных потоков С и N в экосистемах во взаимосвязи с возможной структурной и функциональной перестройкой микробных сообществ почв. Отдельное внимание будет уделено трансформации органического вещества тундровых почв в свете концепции пирогенного гумусообразования. В результате интерпретации полевых и лабораторных данных будет оценен вклад пирогенного фактора в процессы тундрового почвообразования, регулирования основных потоков углерода и азота в тундровых экосистемах и сукцессии микробных сообществ почв.
The project is aimed at solving the fundamental problem of soil science, ecology and biogeochemistry related to the regulation of the carbon and nitrogen cycle in tundra ecosystems. Due to the increasing frequency of fires in the tundra over the past decades, they have become a powerful factor regulating the stocks and flows of elements in the ecosystem, as well as triggering the succession of vegetation cover and soil microbial complex. During the project implementation, for the first time, complex soil, geobotanical and microbiological studies will be conducted on the territory of different age-related fires in the khibin mountain tundra. These studies include assessing the dynamics of carbon and nitrogen stocks in post-pyrogenic chronorad ecosystems, determining the main C and N flows in ecosystems in relation to possible structural and functional restructuring of soil microbial communities. Special attention will be paid to the transformation of organic matter in tundra soils in the light of the concept of pyrogenic humus formation. As a result of interpretation of field and laboratory data, the contribution of the pyrogenic factor to the processes of tundra soil formation, regulation of the main carbon and nitrogen flows in tundra ecosystems, and succession of soil microbial communities will be evaluated.
По результатам исследования будут установлены особенности трансформации углерода в почвах постпирогенных сукцессий тундровых экосистем Хибин, включая динамику изменения запасов углерода и основных потоков углеродсодержащих газов (СО2 и СН4). Для органического вещества тундровых почв постпирогенного периода будут впервые оценены изменения в групповом и фракционном составе. Впервые будут оценены потери азота в ходе пожара и их восстановление в процессе сукцессии. Будут выявлены основные тренды изменения процессов трансформации азота (аммонификация, нитрификация, микробная иммобилизация, азотфиксация) в почвах при постпирогенной сукцессии. Впервые для тундровых почв будет дана характеристика функционального и таксономического разнообразия, биомассы основных групп микроорганизмов (грибов и бактерий) и их изменение в процессе восстановления почвы.
Maslov M. N., Makarov M. I. Organic matter of the soil of the mountain tundra in north fennoscandia // Moscow University Soil Science Bulletin. — 2013. — Vol. 68, no. 3. — P. 99–103.
Исследовались участки горной тундры Хибин, находящихся на разных сроках самовосстановления после пожаров (0, 2, 3, 12, 60 лет и повторный пожар 12-летней давности по гари 60 лет), а также контрольные негоревшие участки ерниковой и кустарничково-лишайниковой тундры. Установлено, что прямые пирогенные потери углерода составляют до 54%, азота – до 38% от общего запаса элементов в экосистемах. В дальнейшем потери углерода и азота экосистемами вызваны развитием эрозионных процессов. Рассмотрены размеры и особенности формирования основных экосистемных пулов углерода и азота (почва, мортмасса, биомасса растений) на разных сроках сукцессии. Установлено, что уже через 12 лет после пожара общий запас органического углерода в экосистеме значимо не отличается от контрольных участков, однако отсутствие различий связано в первую очередь с обогащением минеральных горизонтов почвы пирогенным органическим веществом. Восстановление запасов элементов в поверхностном горизонте почвы происходит не ранее, чем через 60 лет после пожара. В связи с развитием дернового процесса запасы углерода в старых постпирогенных экосистемах значимо превышают запасы углерода в негоревших экосистемах. Преобладающим путем трансформации соединений углерода на всех этапах развития почвы является аэробная минерализация. Устойчивость органического вещества почвы к минерализации повышается по мере восстановления экосистемы после пожара, однако значений, характерных для почв контрольных участков этот показатель достигает не ранее, чем через 60 лет после пожара. Микробные сообщества подбуров достаточно быстро (около 3 лет) восстанавливают свою функциональную активность после пожара. В долгосрочной перспективе действие огня приводит к повышению доступности азота почвы, а также к повышению способности к фиксации атмосферного азота. Не смотря на временное повышение доступности минерального азота (в том числе нитратов) на ранних этапах постпирогенного восстановления почвенных систем, денитрификация не играет заметной роли в биогеохимическом цикле азота.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Лабораторное моделирование пирогенного воздействия и основные резервуары углерода и азота в тундровых экосистемах |
Результаты этапа: В 2016 г. в Хибинском горном массиве исследовались горно-тундровые экосистемы постпирогенного ряда с разным сроком восстановления после пожара: 2 года (пожар 2014 года), 3 года (пожар 2013 года), 12 лет (пожар 2004 года), 12 лет по гари 60-лет (пожар 2004 года по гари ориентировочно 1955 года) и 60 лет (пожар 1955 года). Установлено, что постпирогенные сообщества наследуют флористический состав предшествующих фитоценозов и относятся к ассоциации Arctoo–Empetretum hermaphroditi, последовательно проходя фазы от доминирования мхов до восстановления доминирования кустарничков. По мере восстановления фитоценозов в них возрастает общее проективное покрытие растений, а также восстанавливается доминирование лишайников. Тем не менее, даже через 60 лет растительные сообщества сохраняют следы пирогенного воздействия, что проявляется в высоком проективном покрытии травянистых растений, прежде всего, Chamaenerion angustifolium, и листостебельных мхов (преимущественно Polytrichum juniperinum). Запасы надземной фитомассы приближаются к запасам в контрольных сообществах только через 60 лет после пожара. Исходя из низких темпов прироста фитомассы на гарях можно прогнозировать медленное восстановление стока углерода в постпирогенных экосистемах. Запасы мортмассы не восстанавливаются полностью даже через 60 лет после пожара. Пирогенные потери почвенного углерода составляют не менее 25%, а пирогенные потери почвенного азота – не менее 25-30% от первоначальных запасов элементов. При самовосстановлении экосистем после пожара происходит постепенное увеличение почвенных запасов углерода и азота. Уже через 12 лет после пожара запасы элементов в пирогенных почвах не отличаются от запасов в контрольных почвах, однако это утверждение справедливо только при рассмотрении запасов элементов во всем профиле: увеличение запасов С и N в постпирогенных почвах наблюдается в основном за счет увеличения вклада подповерхностных минеральных горизонтов. Если рассматривать только поверхностные органогенные горизонты почв – восстановление запасов С и N в них происходит медленно и достигает контрольных значений только через 60 лет после пожара. В экосистеме 60-летней гари запасы углерода и азота превышают запасы в контрольных почвах, что может быть обусловлено прохождением стадии моховой и травяной растительности в ходе сукцессии. Среднее за вегетационный сезон концентрация С экстр и N экстр в поверхностных горизонтах почв постпирогенного ряда закономерно возрастает при увеличении срока самовосстановления экосистемы после пожара. В целом, после 12 лет восстановления экосистемы почвы значимо не отличаются от контрольных. Содержание углерода и азота микробной биомассы в поверхностных горизонтах почв также закономерно возрастает при увеличении срока самовосстановления экосистемы после пожара, однако значимые различия в этом показателе зафиксированы только для почвы двухлетней гари. Это свидетельствует о достаточно быстром заселении гарей микробиотой. В условиях лабораторного эксперимента показано, что результат воздействия пирогенного фактора зависит от интенсивности огня. При низкой интенсивности горения наблюдается положительный отклик роста микробной биомассы (увеличение концентраций С микр и Nмикр), а также высвобождение дополнительных количеств лабильного углерода, органических и минеральных форм азота. Пожар высокой интенсивности приводит к практически полной потере почвой лабильного углерода, что определяет низкую скорость роста микробной биомассы и низкую биологическую активность почвы. Однако при этом существенно возрастает концентрация минеральных форм азота, прежде всего, аммонийного N. Наиболее чувствительным к пирогенному воздействию параметром биологической активности тундровых почв является почвенное дыхание. Процессы продукции метана, азотфиксации и денитрификации выражены слабо за счет нехватки доступного углерода. При этом отмечается увеличение продукции метана пирогенными почвами за счет создания микроаэрофильных условий в почве. Повышение доступности минерального азота подавляет процесс азотфиксации, но стимулирует денитрификацию в почвах тундры. | ||
2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Потоки углерода и азота в тундровых экосистемах постпирогенного хроноряда |
Результаты этапа: Изучены основные потоки углерода и азота в почвах постпирогенного хроноряда. Показано, что содержание валовых и лабильных форм углерода и азота в почвах закономерно возрастает по мере постпирогенного развития почвы. При этом восстановление содержания и запасов углерода в поверхностных органогенных горизонтах происходит быстрее, чем азота. Преобладающим путем трансформации соединений углерода на всех этапах развития почвы является аэробная минерализация. Устойчивость органического вещества почвы к минерализации повышается по мере восстановления экосистемы после пожара, однако значений, характерных для почв контрольных участков этот показатель достигает не ранее, чем через 60 лет после пожара. Микробные сообщества подбуров (Folic Podzols, Haplic Podzols) достаточно быстро (около 3 лет) восстанавливают свою функциональную активность после пожара. В долгосрочной перспективе действие огня приводит к повышению доступности азота почвы, а также к повышению способности к фиксации атмосферного азота. Не смотря на временное повышение доступности минерального азота (в том числе нитратов) на ранних этапах постпирогенного восстановления почвенных систем, денитрификация не играет заметной роли в биогеохимическом цикле азота. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".