Удельная и общая фотосинтетическая продуктивность хвойных древостоев Иркутской области

Леса бореальной зоны являются основным стабилизирующим элементом функционирования климатической системы планеты в высоких широтах. В данной работе исследовано фотосинтетическое поглощение СО2 хвойными древостоями регионального масштаба. Определена удельная и общая фотосинтетическая продуктивность (брутто-продукция,GPP) древостоев трех видов хвойных, произрастающих на территории Иркутской области. Анализ проведен на основе данных фотосинтеза трех видов хвойных, наиболее широко представленных в Иркутской области и имеющих наиболее важное хозяйственное и экологическое значение: сосны обыкновенной (Рinus sylvestris L.), лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и ели сибирской (Picea obovata Le-deb.).

Объектами исследования служили деревья из экспериментального насаждения СИФИБР СО РАН, заложенного в 1983 г. Эксперименты по изучению фотосинтеза хвойных продолжались в мониторинговом режиме в течение периода вегетации. Регистрацию СО2-газообмена проводили круглосуточно в течение трех дней каждой недели, с учетом методических подходов, разработанных в [2, 6]. Поглощение углекислого газа охвоенными интактными побегами регистрировали многоканальной установкой [5], смонтированной на основе ИК-газоанализатора «Инфралит-4» («Junkolor», Германия).

Дневную фотосинтетическую продуктивность определяли как сумму всех часовых значений видимого фотосинтеза. Годичную продуктивность фотосинтеза определяли как сумму продуктивности фотосинтеза за все месяцы вегетации.

Расчет фотосинтетической продуктивности древостоев на территорию проводили с учетом данных о возрастном составе и классе бонитета древостоев Иркутской области, абсолютно сухой массы хвои на гектар [1]. Продуктивность фотосинтеза древостоев каждого класса возраста рассчитывали исходя из данных об изменении интенсивности фотосинтеза в зависимости от возраста дерева [4].

Удельная продуктивность фотосинтеза древостоев сосны, ели и лиственницы была определена для экстремально засушливого, жаркого 2003 г, и оптимально влажных 2008-2010 гг. (табл. 1).

Таблица 1 . Удельная годичная продуктивность фотосинтеза (GPP) хвойных древостоев Иркутской области в экстремальные (2003 г.) и оптимальные по увлажнению (2008-2010 гг.) годы

	Продуктивность фотосинтеза (GPP), т СО 2 га-1
	сосновые	еловые	лиственничные
2003 г.	8,05	13,46	15,32
2008 г.	11,45	25,29	31,95
2009 г.	12,89	23,74	28,71
2010 г.	12,82	28,63	26,00

Из анализа данных таблицы 1 следует, что удельная фотосинтетическая продуктивность изменяется в зависимости от гидротермических условий вегетации в 4 раза: от 8,05 в сосновых до 31,95 т

СО 2 га^-1 в лиственничных древостоях. Наиболее благоприятными для высокой удельной продуктивности лиственничников были условия 2008 г., для ельников – 2010 г., для сосняков – 2009-2010 гг., что обусловлено видоспецифической реакцией фотосинтеза хвойных на воздействие факторов среды [3].

Общая продуктивность хвойных древостоев по области за период 2008-2010 гг. изменялась от 695,8 до 756,8 млн. т СО2. Однако при сравнении показаний засушливого 2003 г. (406,7 млн. т СО2), и оптимально влажного 2010 г. (695,8 млн. т СО2) были выявлены довольно существенные различия – в среднем в 1,7 раза (рис. 1, 2). При этом сосновые древостои определяли высокие значения стока СО2 главным образом за счет широкого распространения, лиственничные – за счет высокой ассимиляционной способности и широкого распространения, еловые – за счет большой ассимилирующей массы на единицу занимаемой ими территории.

Для всех административных районов Иркутской области для благоприятных вегетационных периодов 2008-2010 гг. и засушливого 2003 г. была рассчитана продуктивность фотосинтеза хвойных древостоев. Поскольку гидротермические условия 2008-2010 гг. были сопоставимы со среднемноголетними значениями, и величины годовой фотосинтетической продуктивности по районам области не проявляли существенных различий, сравнения были проведены по данным 2003 и 2010 гг.

Высокой фотосинтетической продуктивностью в 2010 г. характеризовались хвойные древостои северного и северо-восточного районов (Катангского, Бодайбинского и Усть-Кутского), которые поглощали в процессе фотосинтеза от 50 до 200 млн. т СО 2 , в год, что обусловлено значительной долей хвойных, занимающих от 50 до 80% территории районов (рис. 2). В экстремальном по климатическим условиям 2003 г. (рис. 1) наиболее продуктивными (выше 50 млн. т СО 2 ) были только два из них - Катангский и Бодайбинский. Столь значительное для области снижение фотосинтетической продуктивности древостоев произошло за счет ингибирования истинного фотосинтеза и увеличения дыхательной активности хвои [6].

Рис. 1 . Карта-схема фотосинтетической продуктивности хвойных древостоев Иркутской области, 2003 г.

Административные районы: 1 Катангский, 2 Бодайбинский, 3 Мамско-Чуйский, 4 Усть-Илимский, 5 Кирен-ский, 6 Усть-Кутский, 7 Чунский, 8 Тайшетский, 9 Нижнеилимский, 10 Казаченско-Ленский, 11 Братский, 12 Усть-Удинский, 13 Нижнеудинский, 14 Жигаловский, 15 Балаганский, 16 Куйтунский, 17 Тулунский, 18 Качуг-ский, 19 Ольхонский, 20 Зиминский, 21 Заларинский, 22 Черемховский, 23 Иркутский, 24 Усольский, 25 Ангарский, 26 Шелеховский, 27 Слюдянский, 28 Усть-Ордынский Бурятский автономный округ

□ сосна

■ ель

□ лиственница

Брутто-продукция млн. т

0 – 1

1 – 10

10 – 20

20 – 50

CZ 50 – 100

100 – 200

Рис. 2 . Карта-схема фотосинтетической продуктивности хвойных древостоев Иркутской области, 2010 г.

Административные районы: 1 Катангский, 2 Бодайбинский, 3 Мамско-Чуйский, 4 Усть-Илимский, 5 Кирен-ский, 6 Усть-Кутский, 7 Чунский, 8 Тайшетский, 9 Нижнеилимский, 10 Казаченско-Ленский, 11 Братский, 12 Усть-Удинский, 13 Нижнеудинский, 14 Жигаловский, 15 Балаганский, 16 Куйтунский, 17 Тулунский, 18 Качуг-ский, 19 Ольхонский, 20 Зиминский, 21 Заларинский, 22 Черемховский, 23 Иркутский, 24 Усольский, 25 Ангарский, 26 Шелеховский, 27 Слюдянский, 28 Усть-Ордынский Бурятский автономный округ

Средней фотосинтетической продуктивностью (от 10 до 50 млн. т СО 2 ) в 2010 г. (рис. 2) характеризовались хвойные древостои 13 центральных, восточных и западных административных районов. В условиях экстремальных температур и почвенной засухи 2003 г. фотосинтетическая продуктивность хвойных древостоев Тайшетского, Усть-Удинского районов и Усть-Ордынского Бурятского автономного округа снизилась до минимального уровня (рис. 1).

Низкими ассимиляционными возможностями, не превышающими 10 млн. т поглощенного СО2, характеризовались в 2010 г. хвойные древостои двенадцати районов южного, юго-западного и юговосточного направления, в том числе районов с крупными индустриальными центрами Ангарск, Иркутск, Усолье, Черемхово и Шелехов (рис. 2). В засушливом 2003 г. число этих районов увеличилось на 3 за счет сельскохозяйственных районов (рис. 1). Главная причина низких ассимиляционных значений в этой группе районов связана с сокращением площадей хвойных древостоев и с преобладанием здесь сосновых древостоев (см. круговые диаграммы на рисунках), для которых характерна более низкая ассимиляционная способность по сравнению с лиственничными и еловыми лесами.

Таким образом, установлено, что удельная и общая фотосинтетическая продуктивность хвойных древостоев Иркутской области в зависимости от увлажнения периода вегетации изменяется в широких пределах. В северных и центральных районах высокие значения брутто-продукции, по сравнению с южными, обусловлены широким распространением лесных массивов. Различия в фотосинтетиче- ской продуктивности сосняков обусловлены их широким распространением, лиственничников – высокой ассимиляционной способностью и широким распространением, ельников – большой ассимилирующей массой на единицу занимаемой площади.