Delist.ru

Газообмен и баланс СО2 биогеоценозов сосняков и дубрав при изменении атмосферных условий и влагообеспеченности (17.08.2007)

Автор: Молчанов Александр Георгиевич

4.2.1.Зависимость фотосинтеза сосны от условий внешней среды Динамика газообмена в течение суток в пасмурный день на протяжении всего дня соответствует ходу солнечной радиации, хотя на газообмене и сказывалось влияние влажности и температуры воздуха [На фоне достаточного почвенного увлажнения (запас доступной влаги 74мм в 50-см

Таблица 7. Средняя за день интенсивность фотосинтеза сосны при различных сочетаниях окружающих условий [Молчанов,1983].

Дата Состояние облачности Интенсивность фотосинтеза, мкмоль СО2.

м-2с-1 Радиация, ммоль

м-2с-1 Темпе-ратура,

оС Относи-тельная влаж-ность,

% Запас доступной влаги в 50см слое почвы, мм

19. VIII

18. VIII

21. VI Безоблачно

Переменно

Безоблачно

Переменно 1.85

1.3 0.93

0.66 25.4

21.1 70

слое почвы) солнечная радиация относилась к факторам, усиливающим интенсивность фотосинтеза. При недостаточной влажности почвы и воздуха и при высокой температуре воздуха в полуденные часы (с 9 до 16 ч. средняя температура воздуха в камере была 29.9°) солнечная радиация в безоблачный день выступала уже как фактор, снижающий наблюдаемый фотосинтез (табл. 7).

Интенсивность фотосинтеза сосны в разных эдафических условиях. Литературные данные [Слемнев, 1969; Кобак, Киш, 1982; Болондинский, Кайбияйнен, 2003] свидетельствуют о том, что при значительных расхождениях в приросте биомассы в высоко- и низкопродуктивных типах леса, интенсивность фотосинтеза различается в них значительно меньше. Однако практически не выяснено, как влияют микроклиматические условия на дневные изменения фотосинтеза в разных экологических условиях. В весенне-летнее время средняя интенсивность фотосинтеза в заболоченном лесу была значительно ниже, чем в суходольном (соответственно 1.4±0.6 и 2.3±0.8 мкмоль СО2 м-2с-1), т. е. в кислично-черничном типе леса среднедневная интенсивность фотосинтеза в этот период была примерно на 70% выше, чем в пушицево-сфагновом; однако это соотношение непостоянно и изменялось по нескольким причинам. Так, интенсивность фотосинтеза в заболоченном типе леса зависела, прежде всего, от уровня грунтовых вод. На рис. 1 представлены данные о соотношении интенсивности фотосинтеза в насаждениях сосны Ia и Vб бонитета.

В начале весны, когда грунтовые воды находятся практически на поверхности почвы, интенсивность фотосинтеза в пушицево-сфагновом типе леса составляла около 50% от его интенсивности в сосняке кислично-черничном. Летом, когда грунтовые воды постепенно Рис. 1. Зависимость соотношения интенсивности фотосинтеза в заболоченном и в кислично-черничном сосняках от уровня грунтовых вод в заболоченном сосняке. [Молчанов, 1993].

опускаются вниз, интенсивность фотосинтеза в обоих типах леса постепенно сравнивалась. При подъеме уровня грунтовых вод после сильных дождей различия в интенсивности фотосинтеза в разных типах леса снова возрастали, но не в такой степени, как весной. Осенью, когда уровень грунтовых вод опускался глубже 20 см, интенсивность фотосинтеза становилась практически одинаковой в обоих типах леса.

В целом весной и осенью разброс данных довольно велик. По-видимому, кроме уровня грунтовых вод, на интенсивность фотосинтеза влияли и другие факторы, как внешние: концентрация кислорода в грунтовой воде, различия в почвенном плодородии, так и внутренние — неравнозначность влияния солнечной радиации на фотосинтез в разных условиях.

4.2.2. Зависимость фотосинтеза дуба от условий окружающей среды

Рассмотрим, как влияют факторы окружающей среды на фоне недостаточной и оптимальной водообеспеченности на фотосинтез дуба черешчатого [Молчанов, 1992, 2000 б, 2002]. Депрессия фотосинтеза в течение малооблачного дня с увеличением дефицита почвенной влажности, так же как и у сосны, наступала в более ранние часы дня и при более низкой солнечной радиации (рис. 2).

В результате изменения наклона листовой пластинки по отношению к горизонтали наблюдалось большое различие, как в дневном ходе фотосинтеза, так и у световой кривой фотосинтеза. Если принять интенсивность фотосинтеза при горизонтальной ориентации за 100% (240 мгСО2 дм-2 день-1), то лист, обращенной на восток имеет 80% интенсивности фотосинтеза, а обращенный на запад – 40%. Основные различия наблюдаются и в дневном ходе фотосинтеза (рис. 3).

В представленных данных ПВПЛ был -0.4 МПа, а уже с 8 и до 16 ч водный потенциал листьев составлял -2.0…-2.2 МПа и далее постепенно уменьшался. Однако в иных условиях дефицита влаги листья, ориентированные горизонтально и вертикально имеют другую картину различий [Молчанов, 2002]. Таким образом, при оценке фотосинтетической

продуктивности древостоев (GPP) необходимо учитывать угол наклона листьев, который неравнозначно изменяет фотосинтетическую продуктивность в разных условиях недостатка влаги.

Мы предлагаем оценивать интенсивность фотосинтеза сразу на облиственных побегах, а не на отдельных листьях. На побеге листья сохраняют естественную ориентацию и при этом естественно затеняют друг друга. На рис. 4А показаны световые кривые фотосинтеза, полученные в одно и то же время на облиственном побеге и отдельном листе. Интенсивность фотосинтеза при световом насыщении у облиственного побега составляет примерно среднюю величину между вертикально и горизонтально ориентированными листьями. На рис. 4Б. показаны световые кривые, полученные одновременно в световой и теневой частях кроны на облиственных побегах. У световых кривых, полученных в утренние часы, световое насыщение у светового побега наступает при освещении около 40% от полного, а у теневого – около 10%. Интенсивность фотосинтеза при световом насыщении была у светового побега 14, а у теневого – около 4 мкмоль СО2 дм-2день-1.

Таким образом, для оценки GPP древесных пород мы предлагаем:

1) Определять интенсивность фотосинтеза у лиственных пород на облиственных побегах, а у хвойных пород - на охвоенныч побегах.

предрассветного водного потенциала листа, а в условиях избыточного водообеспечения в таежной зоне - от уровня грунтовых вод.

С целью определения GPP необходимо изучить поступление солнечной радиации и ее поглощение пологом древостоя. Для этой цели нами был изучен радиационный режим в исследуемых древостоях.

Глава 5. РАДИАЦИОННЫЙ РЕЖИМ В ПОЛОГЕ ЛЕСОНАСАЖДЕНИЙ

5.1 Пропускание суммарной радиации пологом соснового насаждения, как в малооблачные, так и в пасмурные дни постепенно уменьшается от весны к осени во всех слоях полога. По-видимому, это обусловлено двумя причинами: а) изменением высоты Солнца, б) увеличением плотности полога за счет нарастания побегов и хвои. В малооблачные дни процент пропускания солнечной радиации во всех слоях насаждений меньше, чем в дни со сплошной облачностью. На основе экспериментальных данных, полученных в 1974г. были рассчитаны уравнения зависимости изменения радиации от времени года (дни по порядку от 1 января). (Рис. 5).

В 1995 г было измерено пропускание ФАР пологом в сосняках Iа и Vб бонитета. Взяв за основу величины относительного пропускания ФАР пологом в сосняке Iа бонитета и его сезонное изменение в 1974 г. [Молчанов, 1983] и данные, полученные обсерваторией Московского Университета в 1995г, мы пересчитали пропускание ФАР в трех слоях полога за каждый день в течение вегетационного периода. Поглощение ФАР в сосняке Vб бонитета было в 4.7 раза меньше, чем в сосняке Iа бонитета (табл. 8). Таким образом, с уменьшением полноты древостоя поглощение ФАР уменьшилось практически в такой же степени.

Рис 5. Сезонный ход пропускания солнечной радиации в малооблачные (А) и пасмурные (В) дни в верхнем, среднем и нижних слоях полога соснового древостоя Iа бонитета.

5.2 Суммарная радиация и пропускание ее пологом дубового насаждения. Дневная динамика пропускания солнечной радиации во всех слоях полога дубового древостоя выражается кривой с максимальными значениями в полуденные часы. В среднем за день полог верхнего слоя древостоя пропускает 61.7, среднего - 25.7, нижнего - 13.1% от радиации, поступающей солнечной к верхнему пологу. Связь индекса листовой поверхности, пропускания солнечной радиации и коэффициента экстинции показана на рис. 6. С увеличением листовой поверхности пропускание солнечной радиации резко падает, коэффициент экстинции снижается значительно слабее, а в среднем и нижнем слоях он изменяется незначительно. Поглощение солнечной радиации кронами деревьев всего полога древостоя, выраженное в %, в течение всего дня изменяется слабо Пропускание радиации у деревьев разного класса роста под верхней частью полога насаждения примерно одинакова, около 60% (табл. 9.), под средней частью полога различия в пропускании также незначительны в среднем около 25%, под нижним слоем полога различия были от 10 до 15%. У деревьев I класса роста листвы в этом слое не было.

Весь древостой поглощает 81% падающей радиации, при этом деревья IV класса роста поглощают только около 1%, I класса - около 7%. Основное поглощение приходится на деревья II и III классов роста (41 и 33% соответственно). Верхний слой полога поглощает 16.8, средний 43.0 и нижний 21.4% солнечной радиации. Таким образом, основное поглощение солнечной радиации пологом дубового древостоя происходит в среднем слое полога, где находится основное количество массы листьев.

Таблица 8. Поглощение ФАР пологом сосняка-черничника Iа бонитета в течение вегетационного периода 1974 и 1995 гг. и сосняка-сфагнового Vб бонитета в 1995г [Molchanov,2002]

Параметры Месяцы Сумма или среднее

04 05 06 07 08 09 10

загрузка...