Delist.ru

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

Автор: Молчанов Александр Георгиевич

Соотношение коротко-волновой радиации в 1974 и в 1995 гг в сосняке Iа ,%

Поглощение ФАР в 1974, в сосняке Iа, MJ/m2

Поглощение ФАР в 1995, в сосняке Iа , MJ/m2

Отношение поглощенной ФАР в 1974 и 1995 гг

в сосняке Iа, %

Поглощение ФАР в 1995, в сосняке Vб, MJ/m2

Таблица 9. Пропускание и поглощение радиации (%)деревьев разного класса роста (без учета и - с учетом площади проекции крон).

роста Пропускание радиации. Поглощенная радиация. Радиация поглощен-ная всем

пологом. Погло-

щение единице проекции кроны.

него слоя Сред-

него слоя Ниж-

слоя Верхним слоем Средним

верхнем слое полога древостоя поглощение на единицу массы листьев, в связи с их вертикальной ориентацией, несколько меньше, чем в нижнем, однако это различие незначительно.

5.3 Сравнение радиационного режима соснового и дубового древостоев. При сопоставлении особенностей радиационного режима сосняка чернично-кисличного и дубняка осоко-снытьевого обнаружилось, что эффективная поверхность листвы и хвои и глубина полога в обоих насаждениях почти одинакова, (6-7 м) эффективная поверхность хвои в сосняке = 3.3 га.га-1 (1/3 от общей поверхности), а в дубовом насаждении односторонняя поверхность листвы = 4.3 га га-1. Поглощение радиации всем пологом обоих насаждений практически одинаково, в дубовом насаждении 81.2%, а в сосняке 82%. Вместе с тем характер изменений поглощения радиации по глубине полога различен: верхний слой соснового полога в большей степени поглощает радиацию, чем дубового полога (соответственно 52% и 17%). Средняя часть полога сосняка, поглощает лишь 19%, а дубняка 43% радиации, нижняя часть полога сосняка поглощает 11%, а дубняка 21%.

ГЛАВА 6. ФОТОСИНТЕТИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ДРЕВОСТОЕВ.

6.1 Современное состояние вопроса (литературный обзор) Фотосинтетическая продуктивность насаждения обычно рассчитывается эколого-физиологическим методом, как произведение средней (или суммарной) за сезон интенсивности фотосинтеза, поверхности листьев (хвои) и времени работы. Такова наиболее старая модель расчетов, разработанная Бойсен-Иенсеном (Boysen-Jensen, 1932).

Усовершенствования более позднего времени сводятся к тому, что расчет ведется не для всего полога сразу, а отдельно по слоям (Monsi and Saeki, 1953). Кроме того, расчет средней интенсивности фотосинтеза производится на основании либо световых кривых фотосинтеза, либо более сложных биохимических моделей, например, модели Фаркухара (Farquhar et al.1980). Однако все эти работы грешат ошибками, упрощая переход от данных, полученных на отдельных листьев, к расчетам продуктивности древостоев: во-первых, обычно рассчитывают интенсивность фотосинтеза по отношению к падающему, а не поглощенному свету; во-вторых, не учитывается естественная ориентация листьев по отношению к горизонтали и странам света; в третьих, не принимается во внимание самозатенение листьев (хвои) на побеге. Чтобы избежать этих ошибок, мы разработали принципиально другой физиологический метод расчета фотосинтетической продуктивности.

6.2 Определение фотосинтетической продуктивности древостоев по КПД использования поглощенной радиации.

Для того, чтобы перейти от количества СО2, ассимилированного облиственным побегом, к количеству СО2, ассимилированного слоями полога древостоя, мы определяли эффективность использования поглощенной ФАР на фотосинтез (КПД фотосинтеза) облиственным побегом. Количество СО2, ассимилированного пологом древостоя, мы рассчитывали, как произведение двух величин: количества поглощенной слоем полога радиации и КПД фотосинтеза по формуле

(=P* 2.55/Q* b* S (1)

где: ( - КПД фотосинтеза; P - интенсивность фотосинтеза облиственного побега за световой день, мг СО2 см-2 листвы день; 2.55 (10.63) – энергетический эквивалент (кал) к поглощенной углекислоте (мг) или (мг СО2 к J); Q – ФАР падающая на исследуемый побег, кал см-2 день (МДж м-2с-1); b - ФАР поглощенная, исследуемым побегом; S - площадь проекции облиственного побега на единицу массы листвы (STAR). [Тооминг, 1969; Молчанов, 1983; Molchanov, 2000; Молчанов, 2005]. Взяв за основу это соотношение (1), мы рассчитывали фотосинтетическую продуктивность (GPP) слоя полога древостоя по следующей формуле:

Р слоя = (* Q* b* a* с / 2.55 (2)

где: Р слоя - количество СО2, поглощенное одним слоем или всем пологом древостоя в кг СО2 га-1 день-1; ( - КПД фотосинтеза в зависимости от суммы прихода ФАР к слою полога, рассчитанный по формуле (1); Q - сумма прихода ФАР к насаждению в исследуемый день, кал г-1 день-1; b - коэффициент поглощения ФАР слоем полога насаждения; 2.55 - коэффициент перехода от единиц массы поглощенной углекислоты к энергетическим единицам; a – доля хвои определенного возраста во всей остальной хвое; с – сезонное изменение коэффициента использования поглощенной ФАР на фотосинтез.

При таком способе определения GPP не требуется оценки распределения массы фотосинтетических органов в пологе насаждения, так как коэффициент радиации поглощенной, пологом древостоя, прямо зависит от структуры полога, он учитывает также и взаимозатенение фотосинтетических органов в пологе древостоя.

6.3. Определение поглощенной радиации облиственными (охвоёнными) побегами. Поскольку интенсивность фотосинтеза и продуктивность растительного покрова зависят от радиации, поглощенной ассимилирующими органами, важно определить количество этой радиации. Эта величина является одной из составляющей при расчете продуктивности полога древостоя.

Количество радиации, поглощенной листьями или хвоей на побегах, зависит от плотности их «упаковки» на побегах (отношение площади листвы на побегах к площади проекции побега - LAI побегов) [Молчанов, Хазанов, 1975]. Эта величина (STAR) определялась многими исследователями [Kellomaeki et al., 1979; Kellomaaeki, 1981; Oker-Blom, 1983; Ross et al., 1996 и др.]. Величина, обратная STAR , или отношение площади листвы на побеге к площади его проекции составляет LAI побегов.

Эти величины меняется в зависимости от световых условий произрастания побега. По нашим данным у сосны LAI побегов в верхнем слое полога равнялось 5.23/6.87, в среднем слое 7.60/9.06, в нижнем 11.76/15.16 (в числителе – хвоя текущего года, в знаменателе – второго года жизни). У дуба листовой индекс побега был для световых листьев в верхнем слое полога 3.1 м2 м-2, для переходных листьев в среднем слое – 2.5 м2 м-2, для теневых листьев в нижнем слое 1.9 м2м-2.

Нами было изучено поглощение ФАР охвоенными побегами сосны в верхней, средней и нижней частях полога, как в зависимости от густоты охвоения побега, так и от угла падения света на побег[Молчанов, Хазанов, 1975]. Для этой цели побег помещали в фотоинтегрирующую сферу. Выведено уравнение зависимости коэффициента поглощения ФАР охвоенного побега от площади просветов. Для облиственных побегов дуба коэффициент поглощения радиации определяли расчетным методом по площади проекции облиственной ветви на горизонтальную поверхность, площади просветов и поглощения радиации отдельным листом. По формуле: b = 100 –П - А, где: П – пропускание радиации дубовым листом (около 5%), А - альбедо листа, равное альбедо сомкнутого дубового полога (16-17%) [Выгодская, 1970].

Следующим шагом для расчета фотосинтетической продуктивности древостоя после определения количества радиации, поглощаемой побегами или листьями, было определение коэффициента использования поглощенной ФАР на фотосинтез (КПД фотосинтеза).

6.4.1.Фотосинтетическая продуктивность сосновых древостоев

КПД фотосинтеза рассчитывали на основе интенсивности фотосинтеза за день охвоенных побегов из разных слоев полога соснового насаждения, коэффициента поглощения ФАР этими побегами, величины падающей на эти побеги солнечной радиации и площади проекции этих побегов. По формуле 1 рассчитали КПД фотосинтеза за каждый исследуемый день.

????????

!слоях, а наиболее низкий — в нижнем слое. В пасмурные дни значения этого коэффициента для хвои текущего и прошлого года были наиболее высокими в верхнем и среднем слоях полога, при этом различия между этими слоями были незначительны, тогда как для нижнего слоя он был существенно ниже. Следовательно, теневая хвоя имела наименьший коэффициент использования солнечной радиации на фотосинтез.

В табл. 10 представлены уравнения зависимости коэффициента использования поглощенной солнечной радиации на фотосинтез от падающей радиации. Поступление и поглощение солнечной радиации рассчитали по изложенной выше методике за вегетационный период 1995 г для каждого дня в трех слоях полога соснового древостоя Iа бонитета и для одного слоя в разреженном пологе соснового древостоя Vб бонитета. По данным поглощения и поступления радиации в полог древостоев и уравнениям зависимости КПД фотосинтеза от падающей ФАР по слоям полога по формуле 2. рассчитали GPP за вегетационный период 1995 года. Суммарные данные по поглощению СО2 пологом сосновых насаждений за месяц представлены в табл. 15. Поглощение ФАР пологом соснового насаждения Iа бонитета составило 1379 Мдж м-2 год. GPP в 1995 были 3685 г СО2 м-2 или 36.85 т га-1.

В сосняке пушицево-сфагновом поглощение СО2 пологом древостоя рассчитали в условиях, когда грунтовые воды были на глубине 0-10 см. В этом случае интенсивность фотосинтеза за день составила 0.5 от интенсивности фотосинтеза в сосняке Iа бонитета [Молчанов 1993]. GPP определили так же, как и в сосняке Iа бонитета по формуле (2). Из табл. 11 видно, что поглощение ФАР в высокопродуктивном сосняке в 1974 и 1995 гг. было практически одинаково, хотя по месяцам колебания наблюдались довольно значительные, что объясняется в основном колебаниями солнечной радиации.

Таблица 10. Уравнения зависимости КПД фотосинтеза от падающей ФАР в сосняке кислично-черничном и в сосняке пушицево-сфагновом.

Тип леса и возраст хвои Уравнение Квадратичное отклонение Стандарт-ная ошибка

Сосняк кислично-черничный;

хвоя текущего года у=0.006*х3-0.19*х2+1.45*х+ 1.19 0.87 0.4

загрузка...