Напочвенный покров повлиял на выбросы углекислого газа из почвы сибирских лесов

Ученые выяснили, что после сильных летних дождей в сибирских лесах резко увеличивается выделение углекислого газа из почвы. При этом интенсивность процесса зависит от типа напочвенного покрова: в лесах, покрытых зеленым мхом, выбросы возрастали в среднем вдвое, тогда как в лишайниковом сосняке выделялось в 3–4 раза больше углерода, чем до дождя. Полученные результаты позволят предсказывать реакцию лесов на глобальные климатические изменения для разработки рекомендаций по рациональному использованию природных лесных территорий. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Лесоведение».

Леса служат не только «легкими планеты», но и хранилищем углерода, поглощенного из атмосферы. При этом в тайге около 20% углерода содержится в живых организмах — растениях, животных и бактериях, — тогда как более 60% запасов скрыто в почве. В условиях изменения климата — из-за повышения среднегодовой температуры, засух и экстремальных осадков — нарушается баланс газового обмена, то есть поглощения растениями углекислого газа и выделения кислорода. Исследования показали, что за последние 30 лет количество углерода, поглощенного северными лесами, сократилось на 36%. Значительную роль в этих процессах играет эффект Бирча — резкие выбросы углекислого газа из почвы после сильных дождей, «нагревающие» атмосферу. Явление было открыто в середине прошлого века, однако до сих пор недостаточно изучено для лесов разных типов.

Ученые из Института леса имени В.Н. Сукачева Сибирского отделения РАН (Красноярск) и Сибирского федерального университета (Красноярск) сравнили эффект Бирча в сибирских лесах на примере двух участков сосняка в районе обсерватории ZOTTO в Красноярском крае. Участки имели преобладающие в этом регионе типы напочвенного покрова: один был покрыт лишайниками, а другой — зеленым мхом. Наблюдения проводили с июня по сентябрь 2024 года. Для исследования авторы применили широко распространенный инфракрасный газоанализатор, показания которого можно будет сравнивать с наблюдениями, проведенными в разных типах лесов по всему миру.

На выбранных территориях исследователи разместили пластиковые кольца, на которые устанавливали приборы для измерения показателей. В течение летнего периода ученые определяли выбросы углекислого газа из почвы, обменные потоки — разницу между объемом газа, который поглощается почвенным покровом и выделяется с его поверхности, — а также фиксировали температуру и влажность почвы на глубине 5–10 сантиметров.

Авторы выяснили, что на лишайниковых участках после сильных дождей выделение углекислого газа увеличивалось в среднем в 4,5 раза, а на восстановление первоначальных показателей требовалось до 13 часов. В лесах, покрытых зеленым мхом, выбросы возрастали лишь в 2,5 раза и возвращались в норму уже через 3 часа. Разницу ученые объяснили тем, что мох эффективнее изолирует почву от атмосферы. Такой тип напочвенного покрова может достигать 20 сантиметров в толщину, при этом он, подобно губке, удерживает воду. Это препятствует резкому увлажнению земли, поэтому в мшистых лесах микроклимат меняется постепенно даже после сильных ливней.

В свою очередь лишайники быстро пропускают воду, которая просачивается в поры почвы, вытесняя газ. Кроме того, ученые отметили значительные колебания температуры грунта в лишайниковых лесах, что также способствовало выбросам углерода. Весной на этих участках температура росла быстрее и в середине лета была в среднем на 2,5℃ выше, чем на территориях с зеленым мхом, а к осени почва стремительно охлаждалась.

Полученные данные помогут прогнозировать реакцию лесов на изменения климата. Это необходимо для разработки рекомендаций по рациональному использованию природных лесных территорий, чтобы сохранить их основную биологическую функцию по захвату и длительному хранению углекислого газа атмосферы.

«Мы продолжим изучать обменные потоки углерода в слое напочвенного покрова, а также эффект Бирча в сибирских лесах. На следующем этапе мы проведем исследования на нарушенных участках леса, которые пострадали от крупных пожаров, вырубки или подверглись комбинированному действию этих факторов. Например, на вырубленных территориях нет крупных деревьев, но остается напочвенный покров. Важно понять, какие газообменные процессы в ней происходят», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Анастасия Махныкина, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории экспериментальной и прикладной экологии Института леса имени В.Н. Сукачева Сибирского отделения РАН, старший научный сотрудник лаборатории биогеохимии экосистем Сибирского федерального университета.