Дыхание почвы (RS) представляет второй по величине, после фотосинтеза, поток СО2 между наземными экосистемами и атмосферой. Будучи интегральной характеристикой биологической активности экосистем, RS включает широкий спектр источников СО2. Для расчета углеродного баланса экосистем зачастую требуется знать долю гетеротрофных источников в общем почвенном потоке СО2, поскольку дыхание корней уже входит в величину нетто-первичной продукции. Хотя проблема декомпозиции RS имеет длительную историю развития, определение вклада хотя бы двух его основных компонентов (RH и RR) in situ в рамках регулярного экологического мониторинга весьма затруднительно. Зачастую выбор метода является компромиссом между масштабом пространственной и временной неопределенности, а также полноты разделения компонентов RS. Фактическое отсутствие длительных временных рядов с дискретизацией достаточной для оценки вклада погодных условий на внутрисезонную динамику вкладов RR и RH представляет серьезную проблему для точных оценок углеродного баланса и последствий глобальных изменений климата. Цель исследования заключалась в оценке факторов пространственно-временной изменчивости вкладов гетеротрофной и корневой компонент RS в совокупности с решением методологических проблем, возникающих при проведении их длительного регулярного мониторинга. Участки мониторинга располагались на территории Приокско-Террасного биосферного заповедника в хвойно-широколиственном лесу и на косимом лугу (54°54.148' N, 37°33.377' E) на дерново-подбуре супесчаного гранулометрического состава. Почвы двух ценозов в целом имели сходное строение и свойства. Почву под лесом отличало большее содержание углерода органического вещества в верхних 10 см (26 г С кг-1 против 18 г С кг-1). Мощность подстилки в лесу не превышала 2–4 см. На лугу присутствовала развитая дернина без наличия выраженного слоя травяного опада. Климат региона умеренно-континентальный со среднегодовой температурой воздуха 5.7 °С и средней годовой суммой осадков 640 мм. Величину эмиссии СО2 из почв определяли еженедельно методом закрытых статических камер с окончанием на инфракрасном газоанализаторе (LICOR 820). Дыхание почвы определялось в пятикратной повторности. Для оценки гетеротрофной компоненты в почву на глубину 45 см врезали ограничители, представляющие собой пластиковые трубы диаметром 20 см. Почва внутри трубы была освобождена от корней, просеяна через сито 5 мм и уложена обратно с сохранением порядка слоев и плотности сложения. Одновременно измеряли температуру воздуха и почвы, влажность почвы и лесной подстилки. На долю гетеротрофной компоненты в среднем приходится 40% и 20% в лесу и на лугу соответственно. Сезонные различия суммарных месячных величин RS между двумя экосистемами были практически полностью обусловлены динамикой корневой компоненты. Продолжительности имеющихся рядов наблюдений пока не достаточно для однозначного выявления сезонной цикличности гетеротрофной компоненты, однако, она визуально прослеживается в лесу. Это может означать, что основной источник предполагаемой сезонной динамики общего вклада RH может быть связан с короткоживущими пулами углерода в почве (корни, ризодепозиты, детрит, опад). Реакция разных компонентов почвенного дыхания на неблагоприятные погодные условия, либо экстремальные явления может отражаться не только в явном изменении скорости эмиссии СО2 из почв, но и включать скрытые изменения в структуре этого потока. Последнее наблюдалось при анализе разных лет в лесном ценозе и качественно отличалось от динамики наблюдаемой в луговом ценозе. Это может приводить к неправильным оценкам углеродного баланса экосистем при использовании константных значений для декомпозиции общего потока СО2 из почвы.

Работа выполнена в рамках Госзадания ФИЦ ПНЦБИ РАН (№ 122040500037-6; № 122111000095-8).

Дыхание почв (Rs) включает широкий спектр источников СО2: дыхание корней (Rr) и связанных с ними ризосферных микроорганизмов (Rrh), микроорганизмов разлагающих ОВП (Rsom), детрит (Rd) и опад (Rl). Для уравнений углеродного баланса экосистем необходимо знать долю дыхания почвенных гетеротрофов (Rh = Rsom + Rd + Rrh + Rl), либо долю Rr. С другой стороны, изучение структуры Rh позволяет оценить влияние конкретных факторов среды на динамику СО2 происходящего из пулов углерода с разным временем оборота. Последнее позволяет судить о будущем климатрегулирующей функции экосистем. Проблема разделения разных источников СО2 в общем потоке имеет длительную историю изучения. Однако, разделение вклада даже двух его основных компонентов (Rh и Rr) в рамках стационарного экологического мониторинга весьма затруднительно. Зачастую выбор метода является компромиссом между масштабом пространственной и временной неопределенности, полноты разделения компонентов. Это в совокупности с вносимыми нарушениями делает данные, полученные разными исследовательскими группами, слабо сопоставимыми при обобщении на региональном и глобальном масштабе. Цель исследования заключается в освещении методологических проблем разделения компонентов дыхания почвы и количественной оценке их влияния на получаемые результаты. Участки мониторинга располагались на территории Приокско-Террасного биосферного заповедника в хвойно-широколиственном лесу и на косимом лугу на дерново-подбуре супесчаного гранулометрического состава. Почвы двух ценозов в целом имели сходное строение и свойства. Для оценки величины Rsom на лугу и Rsom + Rl в лесу летом 2022 и 2023 гг. в почву на глубину 0.5 м врезали ограничители, представляющие собой пластиковые НПВХ трубы диаметром 20 см. Верхняя часть трубы с патрубком, выходившая из почвы на высоту 10–15 см служила стенками почвенной камеры. Почва внутри трубы была освобождена от корней, просеяна через сито 5 мм и уложена обратно с сохранением порядка слоев и плотности сложения. Одновременно измеряли температуру воздуха, почвы снаружи и внутри оснований, влажность лесной подстилки, а также почвы снаружи и внутри оснований. Стабилизация потока СО2 вызванный физическим нарушением почвенного профиля на песчаных почвах заняла 3-4 месяца. Отсутствие корней в камерах для оценки дыхания почвенных гетеротрофов являлось причиной большей влажности почвы внутри изоляторов. Различия влажности почвы снаружи и внутри изоляторов нарастали в абсолютном и относительном выражении по мере развития сухих периодов, что могло привести к недооценке влияния дефицита осадков на величину и вклад Rsom. Коррекция величин Rsom на основе её связи с влажностью почвы показала, что нарушение водного режима почвы, связанное с удалением корней, могло привести к завышению величины Rsom + Rl в среднем на 60% в лесу и на 20% на лугу, и к недооценке Rr + Rrh на 30% в лесу и на 6% на лугу. Соответственно, отсутствие поправок на влажность почвы могло привести к переоценке доли гетеротрофной компоненты в абсолютном выражении на 20% в лесу и 5% на лугу. Важно отметить, что включение поправки на влажность почвы привело (I) к сближению величин гетеротрофной компоненты между двумя экосистемами и (II) появлению сезонности в динамике вкладов оцениваемых компонентов Rs в лесном ценозе. Установка почвенных камер не повлияла на температурный режим в лесу, однако из-за удаления напочвенного покрова приводила к большему нагреву поверхности почвы во время регулярных измерений на луговом участке в ясную погоду.

Работа выполнена в рамках Госзадания ФИЦ ПНЦБИ РАН (№ 122040500037-6; № 122111000095-8)