КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер проекта 24-74-00159

НазваниеВклад нарушенных территорий в эмиссионные потоки СО2 в среднетаежной подзоне Центральной Сибири

Руководитель Махныкина Анастасия Владимировна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН) , Красноярский край

Конкурс №97 - Конкурс 2024 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-107 - Экология биосистем

Ключевые слова эмиссия углерода, нарушенные территории, углекислый газ, изменения климата, бореальные леса, средняя тайга, лесные пожары, сплошные рубки, почвенное дыхание

Код ГРНТИ34.35.25


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Лесные экосистемы бореальной зоны выступают одним из ключевых регионов в поддержании баланса углерода атмосферы. Количественные оценки диоксида углерода в бореальных лесах продолжают оставаться актуальной задачей современных биогеохимических исследований ввиду происходящих климатических изменений и интенсификации антропогенной нагрузки на природные экосистемы. Согласно существующим оценкам, леса таежной зоны, которые служат стоком для углерода (С) атмосферы, в дальнейшем могут стать дополнительным источником его поступления в атмосферу. Пожары и рубки являются основными факторами, дестабилизирующими лесные экосистемы. В последние десятилетия бореальные леса России подвергаются интенсивным рубкам леса. Сплошная вырубка древостоев резко изменяет экологическую обстановку и лесорастительные условия, что в значительной мере сказывается на интенсивности биогеохимического круговорота элементов. Отмечается, что в результате сплошных рубок наблюдаются существенные изменения скорости почвенного дыхания. Вырубки являются чрезвычайно пожароопасными в связи с присутствием на них большого запаса горючих материалов и условий для их быстрого высыхания. Последствия пожаров на вырубках широко варьируют в зависимости от лесорастительных условий и метеорологических показателей до и во время горения. Современные климатические измерения могут привести к увеличению частоты лесных пожаров, расширению области их распространения, и, как следствие, к долгосрочной деградации лесорастительных условий. При этом величина эмиссионного потока углерода, с территории послепожарного участка порядка 30 лет восстанавливается до начальных темпов. Вклад послепожарной эмиссии проявляется не только в выгорании напочвенного покрова до минеральной почвы, но и нарушением роста или полной гибелью древостоя, что кардинально меняет функциональную роль насаждения, превращая в дополнительный источник парниковых газов в атмосферу. Проект посвящен оценке влияния целого ряда нарушающих факторов, так как сплошная рубка, лесной пожар и их совокупного воздействия на величину эмиссионного потока СО2. На основе такого комплексного подхода по типам нарушений станет возможно сформировать обоснованные представления о губительном воздействии сплошных рубок, в сравнении с естественным природным нарушающим фактором. Проект подкреплен постоянными данными с метеорологических станций на участках нарушенных экосистем, что позволит детально проследить влияние внешних факторов на величину эмиссионного потока СО2 и выявить основные модифицирующие факторы для каждого типа нарушения.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За первый год реализации проекта проведены следующие работы и получены результаты: выявлены особенности суточных циклов эмиссионного потока СО2 с нарушенных территорий, проанализирована сезонная динамика почвенной эмиссии СО2, рассчитаны кумулятивные потоки и проведен анализ влияния факторов среды на формирование эмиссионного потока СО2. В ходе анализа суточного хода эмиссионных потоков, было установлено, что высокоинтенсивный низовой пожар, прошедший 6 лет назад в 2018 году, привел к наибольшему снижению скоростей эмиссионного потока в суточном масштабе для лишайниковой синузии, а для моховой синузии наиболее губительным оказалось объединенное влияние пожара и сплошной рубки леса. Оценка и анализ сезонной динамики эмиссионных потоков СО2 с поверхности почвы показали явные различия между лишайниковой и моховой синузиями на экспериментальных участках. Для лишайниковой синузии в большей степени негативное воздействие оказал интенсивный пожар, а для моховой синузии – объединенное влияние двух факторов привело к минимальным величинам эмиссионного потока, как для зеленых, так и для сфагновых мхов. В данном случае повторяется тенденция, обнаруженная при рассмотрении суточного хода потоков СО2. Причем динамика сезонного хода также имеет свои характерные особенности, которые удалось установить: пик потоков СО2 для лишайниковой синузии наблюдался в два периода - конец июля и конец августа, в то время как для моховой синузии пик потоков СО2 зафиксирован в середине вегетационного сезона коррелируя с температурным ходом. По кумулятивным потокам СО2 за весь сезон, можно отметить, что для рассмотренных нарушенных участков с различными типами напочвенного покрова, наибольшие эмиссионные потоки СО2 демонстрирует лишайниковая синузия на участке горевшей вырубки. Что касается моховой синузии, то здесь максимальные потоки наблюдаются в сфагновых микрогруппировках участка, пройденного сплошной рубкой леса. Проведен анализ вклада температуры и влажности почвы, как наиболее значимых климатических факторов, на формировании эмиссии СО2 с нарушенных территорий. Температурный фактор оказывает существенное воздействие на величину эмиссионного потока на участках: гари (R2adj. = 0.60) и вырубки (R2adj. = 0.42) с лишайниковой синузией, горевшей вырубки с моховой синузией (для зеленомошной микрогруппировки R2adj. = 0.43, а для сфагновой – R2adj. = 0.49). Фактор влажности оказывает значимое влияние только на послепожарном участке с лишайниковой синузией (R2adj. = 0.23). В целом проведенное в первый год сравнение воздействия двух типов нарушающих факторов природного и антропогенного происхождения и их объединенного влияния на величину эмиссионного потока СО2 показало, что начальные природно-климатические условия территории до момента нарушения, служат одним из ключевых факторов при восстановлении территории. При этом важно учитывать тип растительного покрова, а также интенсивность самого нарушения. В нашем случае высокоинтенсивный низовой пожар привел к более существенному негативному воздействию на экосистемы.

 

Публикации

1. Махныкина А.В., Полосухина Д.А., Панов А.В., Прокушкин А.С. Вклад дождевых осадков в эмиссионные и обменные потоки СО2 с поверхности почвы в сосновых древостоях Средней Сибири ФГБУН Федеральный исследовательский центр «Карельский научный центр Российской академии наук», Махныкина А. В., Полосухина Д. А., Панов А. В., Прокушкин А. С. Вклад дождевых осадков в эмиссионные и обменные потоки СО2 с поверхности почвы в сосновых древостоях Средней Сибири. Всероссийская научная конференция с международным участием «Продуктивность лесов в условиях меняющегося климата», посвященная 100-летию со дня рождения Н. И. Казимирова, и 8-е Международное совещание «Сохранение и рациональное использование лесных генетических ресурсов», 2–7 сентября 2024 г., Петрозаводск, Россия: тезисы докладов. С. 65. ISBN 978-5-9274-0993-8. Дата публикации: 22.08.2024. (год публикации - 2024)

2. Махныкина А.В., Кукавская Е.А., Панов А.В., Прокушкин А.С. Contribution of the disturbed areas to the soil CO2 emission fluxes in the middle taiga subzone of Central Siberia Japan Geoscience Union (год публикации - 2025)

3. Махныкина А.В., Кукавская Е.А., Панов А.В., Прокушкин А.С. Эмиссионные и обменные потоки СО2 в подчиненном ярусе нарушенных таежных экосистем Центральной Сибири CITES-2025 (год публикации - 2025)


Аннотация результатов, полученных в 2026 году
За второй год реализации проекта было выполнена комплексная оценка развития нарушенных территорий по сравнению с интактной экосистемой по следующим показателям: эмиссионные потоки СО2 с поверхности напочвенного покрова, напочвенный газообмен СО2 в ярусе напочвенного покрова, гидротермические условия участков исследования, физико-химические свойства почвы, а также проведено моделирование потоков СО2. В ходе анализа состава и структуры почвенного профиля было выявлено, что почвы района исследований относятся к почвам альферумусового отдела, подзолистого типа, иллювиально-гумусового и иллювиально-железистого подтипа. Зафиксировано, что содержание глинистой фракции по профилю почвы для моховых синузий выше, чем для лишайниковых для всех рассмотренных участков. Существенные отличия в органическом горизонте прослеживаются между ненарушенным насаждением и насаждением, пройденным пожаром и вырубкой с лишайниковой растительностью по гидролитической кислотности – для нарушенных участков кислотность в 2 раза ниже. Верхние горизонты О характеризуются очень высоким содержанием органического вещества. При этом в насаждении, пройденном пожаром и на вырубке, содержание органических веществ в горизонте О в 3 и 2 раза соответственно ниже, по сравнению с ненарушенным насаждением. Сезонная динамика эмиссионных потоков СО2 отмечается на всех рассмотренных участках, однако вариабельность потоков существенно отличается. В насаждении, пройденном пожаром наибольшие потоки СО2 демонстрирует зеленомошная синузия, пик потоков приходится на первую половину августа. Для всех синузий вырубки и вырубки, пройденной пожаром с лишайниковым напочвенным покровом характерны два периода с ростом эмиссии СО2: вторая половина июня и середина августа. Заметное отличие между территориями с высокой и слабой интенсивностью прохождения пожара проявляются в величине эмиссии СО2 в период рост эмиссионный потоков (DOY = 217-237). Разница в потоках СО2 между участком со слабой интенсивностью и ненарушенным насаждением составила около 30%, в то время как с участком высокоинтенсивного пожара – более 70%. Максимальные кумулятивные потоки за сезон среди нарушенных территорий зафиксированы в насаждении, пройденном пожаром на зеленомошной синузии (408 г С м-2). Среди нарушенных участков с лишайниковой синузией максимальные потоки отмечаются на вырубке, пройденной пожаром (403 г С м-2). И среди сфагновых нарушенных синузий максимальные потоки за сезон зафиксированы на вырубке (304 г С м-2). В напочвенном газообмене СО2 для всех участков наблюдается преобладание эмиссионной компоненты, и ярус напочвенного покрова вступает как источник СО2 в атмосферу. Наибольшая изменчивость газообмена СО2 в суточном разрешении наблюдается для лишайниковой синузии на вырубке. Вклад фотоассимиляционной компоненты в газообмен достигает 25% на моховых синузиях. В масштабе сезона в ненарушенном насаждении и нарушенных участках средние потоки газообмена СО2 в лишайниковых синузиях были выше, чем на моховых ассоциациях на 40 и 10%, соответственно. Наибольшие различия между ненарушенным насаждением и участками с разными типами нарушений проявляются в июле, вне зависимости от синузиальной структуры насаждений. В ходе корреляционного анализа потоков СО2 и факторов среды, было установлено, что эмиссионный поток СО2 зависит непосредственно от типа напочвенного покрова (r = 0.51), содержания азота в почве (r = 0.56), содержания нитратной формы азота (r = 0.58), а также содержания физической глины в почвенном профиле (r = 0.46). Что касается напочвенного газообмена, то здесь набор лимитирующих факторов включает: содержание нитратной (r = 0.38) и аммонийной (r = 0.43) форм азота в почве, температура почвы на глубине корнеобитаемого слоя (r = 0.43). По выявленным закономерностям, можно сделать некоторые заключения: (1) для лишайниковой синузии наибольшие последствия с точки зрения эмиссионных и обменных потоков СО2 зафиксированы на вырубке; (2) для моховых синузий также можно выделить вырубку и вырубку, пройденную пожаром как участки с наименьшими потоками СО2; (3) эмиссионные потоки СО2 с нарушенных участков после сплошной рубки леса моховых синузий на 50% меньше, чем с лишайниковых; (4) для горевшего участка наблюдается противоположная ситуация – эмиссионные потоки СО2 с моховой синузии на 60% выше, чем с лишайниковой.

 

Публикации

1. Махныкина А.В., Кукавская Е.А., Панов А.В., Арясов, Прокушкин А.С. Оценка эмиссионного и обменного потока СО2 с поверхности напочвенного покрова в естественных и нарушенных экосистемах Центральной Сибири МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ И ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ: АДАПТАЦИЯ К ИЗМЕНЕНИЯМ КЛИМАТА. Материалы IV всероссийской научной конференции с международным участием. Москва, 2025. Издательство: ФГБУ "Институт глобального климата и экологии им. академика Ю.А. Израэля", Москва ISBN 978-5-6055264-0-7 УДК 551.50+005.584.1 ББК 26.23, Махныкина А.В., Кукавская Е.А., Панов А.В., Арясов, Прокушкин А.С. Оценка эмиссионного и обменного потока СО2 с поверхности напочвенного покрова в естественных и нарушенных экосистемах Центральной Сибири // Мониторинг состояния и загрязнения окружающей среды: адаптация к изменениям климата. Материалы IV всероссийской научной конференции с международным участием. Москва, 24-28 ноября 2025 г. М.: ФГБУ «ИГКЭ», 2025. C. 94-96. (год публикации - 2025)

2. Махныкина А.В. , Кукавская Е.А. , Арясов В.Е. , Смолякова А.А., Панов А.В. Эмиссия со2 с поверхности напочвенного покрова нарушенных территорий в подзоне средней тайги Экологические функции лесных почв и биоразнообразие лесов. Материалы XI Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной памяти Николая Васильевича Орловского (1899—1986 г.г.). Красноярск, 29 сентября – 03 октября 2025 г. / отв. ред. Т.В. Пономарева. Красноярск: ИЛ СО РАН, 2025. – 160 с. ISBN 978-5-6052145-6-4 УДК 631.4+581:630 ББК 40.3 , Махныкина А.В. , Кукавская Е.А. , Арясов В.Е. , Смолякова А.А., Панов А.В. Эмиссия СО2 с поверхности напочвенного покрова нарушенных территорий в подзоне средней тайги // Экологические функции лесных почв и биоразнообразие лесов. Материалы XI Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной памяти Николая Васильевича Орловского (1899—1986 г.г.). Красноярск, 29 сентября – 03 октября 2025 г. Красноярск: ИЛ СО РАН, 2025. С. 86-87. (год публикации - 2025)

3. Махныкина А.В., Кукавская Е.А., Панов А.В., Прокушкин А.С. Напочвенный газообмен CO2 в нарушенных экосистемах среднетаежной подзоны Центральной Сибири Лесоведение (год публикации - 2026)

4. Махныкина А.В., Кукавская Е.А., Панов А.В., Прокушкин А.С., Ваганов Е.А., Гройсман П.Я. Soil CO2 efflux in scots pine forests in Central Siberia after wildfire and logging: diurnal and seasonal patterns Climate (год публикации - 2026)

5. А. Махныкина, Е. Кукавская, А. Панов, А. Прокушкин CO2 surface exchange and soil emission fluxes in disturbed northern ecosystems of Central Siberia Japan Geoscience Union (год публикации - 2026)