Динамика CO2-газообмена побегов сосны обыкновенной в условиях среднетаежной зоны

• Автор: Болондинский, Виктор Константинович
• Шифр специальности: 03.00.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 198 с. : ил.

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Влияние внешних факторов среды на фотосинтез
1.1.1. Солнечная радиация
1.1 2 Температура
1.1.3. Концентрация углекислого газа
1.1.4. Влажность воздуха и почвы
1.2. Пространственная вариабельность фотосинтеза
1.3. Суточная динамика С02-газообмена
1.4. Сезонная динамика С02-газообмена
1.5. Изменения COj-газообмена в онтогенезе хвои и дерева
Глава 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Регион и объекты исследований
2.2. Методика измерений COj-газообмена
2.3. Регистрация внешних факторов среды
2.4. Сроки измерений и предварительная обработка данных
Глава 3 СУТОЧНАЯ ДИНАМИКА ФОТОСИНТЕЗА ЗАВИСИМОСТЬ
С02-ГАЗООБМЕНА ОТ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ
3.1. Зависимость фотосинтеза от солнечной радиации
3 .2. Зависимость СОг-газообмена от температуры воздуха
3.3. Влияние естественной концентрации С02 на С02-газообмен
3.4. Влияние на фотосинтез влажности воздуха и почвы
3.5. Совместное влияние экологических факторов на С02-газообмен
3.6. Моделирование суточного хода потенциального фотосинтеза
^ 3.7. Моделирование наблюдаемого фотосинтеза
• Глава 4 СУТОЧНАЯ ДИНАМИКА С02-ГАЗООБМЕНА ВЛИЯНИЕ
ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ НА ФОТОСИНТЕЗ
4.1. Типы суточной динамики фотосинтеза
4.2. Фотосинтез и водный потенциал
4.3. Водный режим полуденная депрессия фотосинтеза
4.4. Фотосинтез и внутренние факторы
4.5. Оценка устьичного и мезофильного сопротивлений в сосняке
черничном свежем
Глава 5 СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА С02-ГАЗООБМЕНА У СОСНЫ.
ВЛИЯНИЕ ЭКЗОГЕННЫХ И ЭНДОГЕННЫХ ФАКТОРОВ
5.1. Начало С02-газообмена
5.2. С02-газообмен в период роста побегов
5.3. Сезонный ход ночного дыхания
5.4. С02-газообмен после завершения ростовых процессов
5.5. Особенности сезонного хода фотосинтеза в сосняках черничном
свежем, кустарничково-долгомошном и вересковом
5.6. Сток углерода в сосняке черничном свежем
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
^ ВЫВОДЫ
“ ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Актуальность темы.
В настоящее время интерес к биогенному циклу углерода обусловлен в первую очередь глубокой озабоченностью мирового сообщества проблемой восстановления и поддержания глобального экологического равновесия на нашей планете в постиндустриальную эпоху В связи с ростом концентрации углекислого газа в атмосфере и угрозой неблагоприятного изменения климата лесные и другие природные экосистемы стали рассматриваться в совершенно новом для них аспекте Сохранение и разведение лесов связывается с депонированием атмосферного углерода, позволяющем хотя бы отчасти сбалансировать мощные выбросы углекислого газа в атмосферу при сжигании природного топлива Актуальной задачей является получение новых и уточнение существующих оценок компонентов глобального цикла углерода (Исаев и др., 1993). Необходимой частью этих оценок стало составление региональных балансов, опирающихся на конкретные экспериментальные исследования. Прямые измерения СОг-газообме-на позволяют не только оценить депонирование углекислоты в лесных ценозах в результате фотосинтеза, но и с помощью моделирования провести прогнозирование стока С02 в связи с глобальным повышением температуры и концентрации С02 (Мокроносов, 1994).
Сосна обыкновенная является основной лесообразующей породой Европейского севера и важной задачей является изучение стока С02 как на уровне отдельного дерева, так и различных сосновых ценозов. Несмотря на большое количество исследований в мире по влиянию повышенной концентрации С02 и температуры на рост и фотосинтез древесных растений, до сих пор нет однозначного ответа насколько леса могут сбалансировать мощные промышленные выбросы углекислого газа в атмосферу Результаты и выводы этих исследований, а также прогнозы моделей, построенных на их основании, противоречивы. Одна из причин этого -недостаточность наших знаний о поглощении углекислоты деревьями в естественных условиях и влиянии на этот процесс основных факторов среды. Погодные условия в одном и том же регионе от года к году могут быть настолько разнообразны, что закономерности, полученные даже на протяжении одного вегетационного сезона, могут нарушаться при экстремальных условиях следующего сезона. В связи с этим возрастает ценность региональных исследований СОг-газообмена, осуществлявшихся длительное время в естественных условиях
Цели и задачи исследования.
Цель работы - исследование динамики С 02-газообмена побегов сосны обыкновенной в течение вегетационного периода в условиях Южной Карелии. В задачи работы входило:
1. Исследовать суточную динамику С02-газообмена побегов сосны обыкновенной и влияние на нее внешних и внутренних факторов.
2. Создать модель потенциального ССЬ-газообмена побега как функцию факторов внешней среды.
3. Изучить эколого-физиологические особенности СОггазообмена сосны обыкновенной и определить оптимальные для фотосинтеза сосны обыкновенной интервалы освещенности и температуры воздуха в ходе вегетации.
4. Исследовать сезонный ход С02-газообмена на протяжении вегетации в различных типах леса. Дать оценку годового стока углерода на модельное дерево в сосняке черничном свежем в условиях южной Карелии.
Научная новизна исследований.
Впервые для условий северо-запада средней подзоны европейской тайги (Карелия) проведены длительные непрерывные исследования СОг-газообмена у сосны обыкновенной в различных типах леса.
Произведена оценка потенциальных возможностей фотосинтеза как функции факторов внешней среды при естественной концентрации С02.
Осуществлены синхронные измерения С02-газообмена в течение вегетации в 3 типах леса и рассчитан сток С02 на протяжении летних и осенних месяцев
Дана оценка для двух лет чистого поглощения С02 и расхода на ночное дыхание за вегетацию у однолетних побегов и текущего прироста в сосняке черничном свежем
Практическая значимость работы.
Результаты проведения комплексного изучения С02-газообмена могут быть положены в основу концептуальных и функционально-динамических моделей продукционного процесса.
Результаты по годовому стоку С02 требуются для составления регионального баланса углерода.
Ряд методических приемов, опробованных в работе, может быть применен как при измерении С02-газообмена, так и при математической обработке материала.
Данные о сезонной динамике С02-газообмена, о влиянии на него низких температур, взаимосвязи фотосинтеза и водного режима могут бьггь использованы при преподавании спецкурсов в ВУЗах.
Апробация работы.
Основные положения диссертации были представлены на международных конференциях; Проблемы физиологии растений Севера (Петрозаводск, 2004)., V Съезд о-ва физиологов растений и международная конференция «Физиология растений - основа биотехнологии» (Пенза, 2003), Стационарные лесоэкологические исследования: методы, итоги, перспективы, Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии (г. Пущино, Московская

Таблица 4.
Компенсационные пункты (КП) однолетних побегов в верхней и нижней частях кроны сосны, рассчитанные по регрессионному уравнению Р=а-1 - Я, а также реальные максимальные и минимальные КП в различные периоды вегетации.
Период измерений Вре- мя суток т„ Ты» Т„„ Я* а КП КП „ь КП№
1о«ш ФАР Іобщ ФАР ФАР
час °С °С °С Вт/м2 мкмоль/м2 с Вт/м мкмоль/м2 с Вт/м2 мкмоль/м с
Верхняя часть кроны
18.04-25.04 1-8 0,3 -4 4 0,18 0,013 13,8 24,5 7 12,3 20 35,2
18.04-24.04 19-24 2,2 -3 6 0,43 0,057 9,0 15,8 7 12,3 35 61,6
28.04-18.05 1-8 5 -5 20 0,26 0,045 5,8 10,2 4 7,0 21 37,0
28.04-18.05 19-24 9,3 -2 23 0,65 0,067 9,8 17,2 5 8,8 15 26,4
19.05-20.06 1-8 6,8 -1 18 0,52 0,077 6,7 11.8 6 10,6 29 51
1905-20,06 20-24 10,9 2 25 0,50 0,071 7,0 т 7 12,3 21 37,0
28.07-31.08 1-8 12,6 4 20 0,16 0,033 4,9 8,6 3 5,3 35 61,6
28.07-31.08 2-24 14,7 6 25 0,16 0,044 3,7 6,5 4 7,0 16 28,2
Верхняя часть кі роны, только пасмурные дни
20.05-18.07 1-8 6,6 2 12 0,30 0,060 5,0 14 5 24 14 39,2
20.05-18.07 20-24 8 4 14 0А8 0,057 8,4 23,5 7 19,6 35
Нижняя часть кроны
16.06-21.08 1-8 11 4 19 0,43 0,038 11,2 31,4 10 28 22 61,6
16.06-21.08 20-24 14 8 24 0,49 0,022 22,1 61,9 16 44,8 38 106,4
10.09-2409 1-9 1 -2 2 0,17 0,058 3,1 8,7 3 8,4 12 33,6
10.09-24.09 16-24 2 -2 7 0,24 0,024 9,9 27,7 8 22,4 30
* К - дыхание, рассчитанное по регрессионному уравнению, мг ССЬ/г • час
«-Л