1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 9, 2023

Почвоведение, 2023, № 9, стр. 1116-1127

Влияние отдельных деревьев на дыхание почвы лесных экосистем в условиях промышленного загрязнения

И. А. Сморкалов a, b, *, Е. Л. Воробейчик a

a Институт экологии растений и животных УрО РАН
620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202, Россия

b Уральский федеральный университет им. Первого президента России Б.Н. Ельцина
620002 Екатеринбург, ул. Мира, 19, Россия

* E-mail: ivan.a.smorkalov@gmail.com

Поступила в редакцию 10.03.2023
После доработки 11.05.2023
Принята к публикации 12.05.2023

Аннотация

Впервые исследовано влияние отдельных деревьев на дыхание почвы и лесной подстилки в лесах, загрязненных тяжелыми металлами от выбросов медеплавильного завода. Тестировали гипотезу об уменьшении связанного с положением относительно ствола дерева компонента пространственной дисперсии дыхания на загрязненных участках по сравнению с фоновой территорией. Исследованы елово-пихтовые и березовые леса южной тайги, подверженные многолетнему загрязнению выбросами Среднеуральского медеплавильного завода (г. Ревда, Свердловская область). Точки измерения располагали возле модельных деревьев ели и березы на разном удалении от ствола дерева (приствольный участок, середина проекции кроны, окно в пологе древостоя). В каждой точке измеряли общую эмиссию CO2, дыхание подстилки, ее вклад в дыхание почвы, удельную дыхательную активность подстилки и ее запас. На фоновой территории дыхание почвы снижается от ствола дерева к окну. Тестируемая гипотеза подтверждена лишь частично: в еловых лесах доля дисперсии дыхания почвы, объясняемая положением относительно ствола дерева, снижалась при увеличении загрязнения, но в березовых не менялась. Снижение роли положения относительно ствола дерева в еловых лесах связано с уменьшением удельной дыхательной активности подстилки, хотя запас подстилки был существенно больше возле ствола по сравнению с окном. Чтобы уменьшить возможное смещение оценок дыхания почвы предложено располагать точки измерения в подкроновых участках, т.е. на достаточном удалении от стволов деревьев и вне окон в пологе древостоя.

Ключевые слова: лесная подстилка, пространственная структура, медеплавильный завод, тяжелые металлы, Stagnic Retisols

Список литературы

  1. Воробейчик Е.Л. Естественное восстановление наземных экосистем после прекращения промышленного загрязнения. 1. Обзор современного состояния исследований // Экология. 2022. № 2. С. 3–41. https://doi.org/10.31857/S0367059722010115

  2. Воробейчик Е.Л., Кайгородова С.Ю. Многолетняя динамика содержания тяжелых металлов в верхних горизонтах почв в районе воздействия медеплавильного завода в период скращения объемов его выбросов // Почвоведение. 2017. № 8. С. 1009–1024. https://doi.org/10.7868/S0032180X17080135

  3. Воробейчик Е.Л., Пищулин П.Г. Влияние отдельных деревьев на рН и содержание тяжелых металлов в лесной подстилке в условиях промышленного загрязнения // Почвоведение. 2009. № 8. С. 927–939.

  4. Воробейчик Е.Л., Пищулин П.Г. Влияние деревьев на скорость деструкции целлюлозы в почвах в условиях промышленного загрязнения // Почвоведение. 2011. № 5. С. 597–610.

  5. Воробейчик Е.Л., Пищулин П.Г. Промышленное загрязнение снижает роль деревьев в формировании структуры полей концентраций тяжелых металлов в лесной подстилке // Экология. 2016. № 5. С. 323–334. https://doi.org/10.7868/S0367059716050164

  6. Воробейчик Е.Л., Трубина М.Р., Хантемирова Е.В., Бергман И.Е., Кайгородова С.Ю. Многолетняя динамика лесной растительности в период сокращения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2014. № 6. С. 448–458.

  7. Гафуров Ф.Г. Почвы Свердловской области. Урал. ун-та, 2008. 417 с.

  8. Глухова Т.В., Вомперский С.Э., Ковалев А.Г. Эмиссия СО2 с поверхности олиготрофных болот южно-таежной зоны европейской территории России с учетом микрорельефа // Почвоведение. 2014. № 1. С. 48–57.

  9. Кадулин М.С., Копцик Г.Н. Эмиссия СО2 почвами в зоне влияния горно-металлургического комбината “Североникель” в Кольской Субарктике // Почвоведение. 2013. № 11. С. 1387–1396. https://doi.org/10.7868/S0032180X13110063

  10. Кадулин М.С., Копцик М.Н. Эмиссия диоксида углерода почвами как критерий эффективности ремедиации техногенных пустошей вблизи медно-никелевых комбинатов в Кольской Субарктике // Экология. 2019. № 6. С. 429–437. https://doi.org/10.1134/S0367059719060076

  11. Капустин В.Г. Физико-географическое районирование Свердловской области // География и современные проблемы естественнонаучного познания: Мат-лы конф. Екатеринбург, 2009. С. 11–24.

  12. 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.

  13. Курганова И.Н., Кудеяров В.Н. Оценка потоков диоксида углерода из почв таежной зоны России // Почвоведение. 1998. № 9. С. 1058–1070.

  14. Лянгузова И.В., Примак П.А., Салихова Ф.С., Волкова Е.Н., Беляева А.И. Воздействие загрязнения почв тяжелыми металлами на пространственное распределение биомассы напочвенного покрова и запаса лесной подстилки в сосновых лесах Кольского полуострова // Растительные ресурсы. 2021. Т. 57. № 4. С. 340–358.

  15. Машика А.В. Эмиссия диоксида углерода с поверхности подзолистой почвы // Почвоведение. 2006. № 12. С. 1457–1463.

  16. Осипов А.Ф. Влияние межгодовых различий метеорологических характеристик вегетационного периода на эмиссию СО2 с поверхности почвы среднетаежного сосняка бруснично-лишайникового (республика Коми) // Почвоведение. 2018. Т. 12. С. 1455–1463. https://doi.org/10.1134/S0032180X18120080

  17. Припутина И.В., Фролова Г., Шанин В.Н., Мякшина Т.Н., Грабарник П.Я. Распределение органического вещества и азота в дерново-подбурах приокско-террасного заповедника и его связь со структурой лесных фитоценозов // Почвоведение. 2020. № 8. С. 921–933. https://doi.org/10.31857/S0032180X20080122

  18. Семенюк О.В., Телеснина В.М., Богатырев Л.Г., Бенедиктова А.И., Кузнецова Я.Д. Оценка внутрибиогеоценозной изменчивости лесных подстилок и травяно-кустарничковой растительности в еловых насаждениях // Почвоведение. 2020. № 1. С. 31–43. https://doi.org/10.31857/S0032180X2001013X

  19. Сморкалов И.А. Новая методика определения интенсивности дыхания лесной подстилки в полевых условиях // Экология. 2016. № 5. С. 390–395.

  20. Сморкалов И.А. Изменчивость дыхания почвы: оценка вклада пространства и времени с помощью алгоритма random forest // Экология. 2022. № 4. С. 299–311. https://doi.org/10.31857/S0367059722040059

  21. Сморкалов И.А., Воробейчик Е.Л. Почвенное дыхание лесных экосистем в градиентах загрязнения среды выбросами медеплавильных заводов // Экология. 2011. № 6. С. 429–435.

  22. Сморкалов И.А., Воробейчик Е.Л. Механизм стабильности эмиссии СО2 из лесной подстилки в условиях промышленного загрязнения // Лесоведение. 2016. № 1. С. 34–43.

  23. Cai Y., Nishimura T., Ida H., Hirota M. Spatial variation in soil respiration is determined by forest canopy structure through soil water content in a mature beech forest // Forest Ecology and Management. 2021. V. 501. P. 119673. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2021.119673

  24. Cao Y., Xiao H., Wang B., Zhang Y., Wu H., Wang X. et al. Soil Respiration May Overestimate or Underestimate in Forest Ecosystems // Sustainability. 2021. V. 13. № 5. P. 2716. https://doi.org/10.3390/su13052716

  25. Han M.G., Tang M., Shi B.K., Jin G.Z. Effect of canopy gap size on soil respiration in a mixed broadleaved-Korean pine forest: Evidence from biotic and abiotic factors // Eur. J. Soil Biol. 2020. V. 99. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2020.103194

  26. Hedges L.V., Gurevitch J., Curtis P.S. The meta-analysis of response ratios in experimental ecology // Ecology. 1999. V. 80. № 4. P. 1150–1156. https://doi.org/10.1890/0012-9658(1999)080[1150:tmaorr] 2.0.co;2

  27. Kozlov M.V., Zvereva E.L., Zverev V.E. Impacts of point polluters on terrestrial biota: Comparative analysis of 18 contaminated areas. Dordrecht: Springer, 2009. 466 p.

  28. Luo Y., Zhou X. Soil respiration and the environment. Burlington: Acad. Press, 2006. 316 p.

  29. Martin J.G., Bolstad P.V. Variation of soil respiration at three spatial scales: Components within measurements, intra-site variation and patterns on the landscape // Soil Biol. Biochemy. 2009. V. 41. № 3. P. 530–543. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2008.12.012

  30. Oksanen J., Blanchet F.G., Friendly M., Kindt R., Legendre P., McGlinn D. et al. Vegan: Community ecology package. 2021. http://R-Forge.R-project.org/projects/vegan/

  31. Schuetzenmeister A., Dufey F. VCA: Variance Component Analysis. R package version 1.4.2. https://CRAN.R-project.org/package=VCA

  32. Scott-Denton L.E., Sparks K.L., Monson R.K. Spatial and temporal controls of soil respiration rate in a high-elevation, subalpine forest // Soil Biol. Biochem. 2003. V. 35. № 4. P. 525–534. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(03)00007-5

  33. Smorkalov I.A., Vorobeichik E.L. Does long-term industrial pollution affect the fine and coarse root mass in forests? Preliminary investigation of two copper smelter contaminated areas // Water, Air, Soil Poll. 2022. V. 233. № 2. P. 55. https://doi.org/10.1007/s11270-022-05512-0

  34. Suchewaboripont V., Ando M., Iimura Y., Yoshitake S., Ohtsuka T. The effect of canopy structure on soil respiration in an old-growth beech-oak forest in central Japan // Ecolog. Res. 2015. V. 30. № 5. P. 867–877. https://doi.org/10.1007/s11284-015-1286-y

  35. Suchewaboripont V., Ando M., Yoshitake S., Iimura Y., Hirota M., Ohtsuka T. Spatial Upscaling of Soil Respiration under a Complex Canopy Structure in an Old-Growth Deciduous Forest, Central Japan // Forests. 2017. V. 8. № 2. P. 36. https://doi.org/10.3390/f8020036

  36. Takakai F., Desyatkin A.R., Lopez C.M.L., Fedorov A.N., Desyatkin R.V., Hatano R. Influence of forest disturbance on CO2, CH4 and N2O fluxes from larch forest soil in the permafrost taiga region of eastern Siberia // Soil Sci. Plant Nutrition. 2008. V. 54. № 6. P. 938–949. https://doi.org/10.1111/j.1747-0765.2008.00309.x

  37. Tian Q.X., Wang D.Y., Tang Y.N., Li Y., Wang M., Liao C. et al. Topographic controls on the variability of soil respiration in a humid subtropical forest // Biogeochemistry. 2019. V. 145. № 1–2. P. 177–192. https://doi.org/10.1007/s10533-019-00598-x

Дополнительные материалы

скачать ESM.docx
Приложение 1.
Рис. S1. Расположение исследуемых участков

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал