Приложение 11

Приложение 11
Наименование программы:
«Пространственно-временная изменчивость потоков и запасов биогенных элементов
в лесных экосистемах»
Обоснование необходимости проведения исследований
Потепление климата и вызванные им изменения условий произрастания в
наибольшей степени проявляется в биомах бореальных лесов и тундр (ACIA, 2004, IPCC
2007). Среди наиболее значимых последствий потепления климата выделяется таяние
многолетней мерзлоты (>70% территории наземных экосистем Северного полушария),
изменение гидротермического режима почв (Romanovsky et al., 2010). За последние
десятилетия накоплен значительный объем данных о запасах и потоках органического
углерода и сопряженных биогенных элементов в экосистемах Северного полушария и
вероятных сценариях их изменений (Frey and Smith, 2010, Tarnocai, 2009, McGuire et al.,
2010; Pan et al., 2011). Эти данные, отражая текущее состояние биогеохимических циклов
элементов, оставляют, тем не менее, существенную неопределенность аккумулятивного
потенциала территории (Grosse et al., 2011), а также поведение уже поглощенного
экосистемами углерода (Pan et al., 2011; Shuguang et al., 2011). Следствием потепления
являются возрастание скоростей минерализации ранее аккумулированного органического
вещества (Shuur et al., 2008; Tarnocai, 2009) и выветривание материнских пород (Dessert et
al., 2003; Tank et al., 2012). Эти процессы в существенной степени определяют текущее
развитие биогеоценозов высоких широт, их углеродный цикл и баланс биогенных
элементов в целом (Hobbie et al., 2000; Turetsky et al., 2002).
Биогеоценозы Северной Евразии являются одним из ведущих компонентов
регулирования глобальных климатических процессов в силу депонирования значительных
количеств диоксида углерода атмосферы (Vaganov et al., 2008) и эмиссий парниковых
газов при нарушениях (Shvidenko et al., 2011). В связи с этим, ключевыми задачами
современных исследований являются инвентаризация типов биогеоценозов и их
нарушенности, анализ продуктивности растительного покрова, его энерго- и массобмен с
атмосферой, педосферой и гидросферой. Цель настоящего проекта - выявление
закономерностей формирования структуры запасов и потоков биогенных элементов в
лесных экосистемах и их отклика на природные и антропогенные нарушения и изменение
климата.
Предполагаемые результаты.
Новым в наших исследованиях будет разномасштабное применение комплексного
подхода к изучению потоков биогенных элементов с применением современных методов
дистанционного зондирования, анализа энерго- и массопереноса, элементного и
изотопного состава компонентов лесных ландшафтов. Проводимые научноисследовательские работы включают в себя стационарные наблюдения (Обсерватория
ЗОТТО и Эвенкийский ОЭП ИЛ СО РАН), позволяющие проводить долговременный
мониторинг состояния биогеоценозов, и маршрутные методы для изучения
пространственной структуры и динамики лесного покрова.
 Будет проведен сравнительный анализ структуры и запасов биогенных элементов в
экосистемах разных природно-климатических зон Средней Сибири с учетом влияния
природных и антропогенных факторов, трансформирующих потоки вещества в
ландшафтах. В частности, будет оценено влияние мерзлотных процессов и лесных
пожаров на круговорот углерода и сопряженных элементов в биогеоценозах Средней
Сибири (в частности пожаров 2012 г.), при этом будет реализован комплексный подход,
включающий в себя анализ газо-аэрозольного состава атмосферы и изменений
184
биотических, эдафических, гидрологических и гидрохимических характеристик
послепожарных сукцессий.
 Для двух фоновых регионов Средней Сибири (лесоболотные комплексы
правобережья Енисея и лиственничники северной тайги) будет получена оценка бюджета
углерода экосистем, полученная на основе анализа газообмена парниковых газов (Eddy
covariance) с подстилающей поверхностью.
 Будут охарактеризованы количественные и качественные параметры аэрозолей
атмосферы, типичные для фоновых природно-климатических условий, и посредством
геохимической и биохимической характеристик верифицированы источники их эмиссий.
 С помощью метода сетчатых колец впервые в насаждениях под основными
древесными породами Сибири будет изучена сезонная динамика потока углерода из трех
источников почвенного дыхания – корней растений, микоризы и микроорганизмов,
минерализующих органическое вещество почвы.
 Будут выявлены параметры гидрохимического стока с лесных водосборных
бассейнов средне- и северотаежной подзон Средней Сибири.
 На основе биохимических и изотопных маркеров будут получены представления о
пространственно-временном варьировании источников формирования гидрохимического
стока.
 Проведен сравнительный анализ состава руслового стока рек, дренирующих
территории с разным мерзлотным режимом и получены прогнозы изменения химического
состава при деградации мерзлоты на водосборных бассейнах (space-for-time approach).
 Для оценки состояния и динамики лесных экосистем будут использованы
денроэкологические подходы. Будет расширена и обновлена база дендрохронологических
данных по Евразии за счет данных, которые будут получены для разных видов деревьев и
для разных параметров годичных колец (ширина, профили плотности и клеточная
структура) для индикации изменения состояния и функционирования лесных экосистем.
 Будут выявлены тенденции в изменении основных параметров годичных колец, их
климатического отклики, модификация последнего эдафическими и фитоцинотическими
факторами для различных регионов Евразии.
 Будут охарактеризованы пределы структурно-функциональной пластичности
ксилемы и стратегия адаптации водопроводящей системы деревьев к изменениям климата
и в зависимость от условий произрастания.
 Будут
определены
кинетические
и
функциональные
характеристики
дифференцировки клеток в процессе формирования ксилемы и сформулирована
концептуальная модель функционирования камбиальной зоны хвойных с учетом влияния
внутренних и внешних факторов.
В целом, результаты исследований позволят определить углерод-депонирующую
роль лесных биогеоценозов в текущих климатических условиях, и их отклик на
природные и антропогенные нарушения и изменение климата, а также выявить вероятную
природу существующего роста диоксида углерода в атмосфере, отмеченного в течение
предыдущих лет мониторинга, проводимого на базе Обсерватории ЗОТТО.
Основные блоки проекта.
БЛОК 1. Запасы и потоки биогенных элементов в мерзлотных ландшафтах: отклик
на природные и антропогенные нарушения и изменения климата
БЛОК 2. Депонирование углерода атмосферы и обмен парниковых газов в лесных
экосистемах Средней Сибири
БЛОК 3. Климатически-обусловленная изменчивость параметров структуры и
изотопного состава годичных колец деревьев в зависимости от условий локальных
местообитаний
БЛОК 4. Структурно-функциональная пластичность ксилемы основных
лесообразующих пород Сибири в изменяющемся климате.
185