Изучение межгодовой и сезонной динамики изменчивости баланса углерода и многолетнемерзлых пород в типичной тундровой экосистеме на Северо-востоке России

Последние десятилетия тундровые экосистемы Арктики претерпевают существенные изменения. Выбросы парниковых газов в процессе таяния мерзлоты из замороженного органического углерода имеют значительный потенциал усиления влияния изменения климата в данном регионе. Таяние и деградация многолетнемерзлых пород наблюдаются на многих циркумполярных исследовательских станциях. Нами проведен анализ данных многолетних комплексных наблюдений за динамикой растительности и многолетней мерзлоты на тундровой станции «Чокурдах» мониторинговой сети SakhaFluxNet. Потоки углекислого газа и метана были измерены в типичной тундровой экосистеме, расположенной в низменности р. Индигирка на Северо-Востоке России. Общие потоки углекислого газа здесь были выше по сравнению с другими участками с чистым углекислотным газообменом экосистемы (NEE) = –92 гСм⁻²год⁻¹, состоящим из почвенного дыхания экосистемы (Reco), равного 141 гСм⁻²год⁻¹ и валовой первичной продукции тундровой растительности (GPP) = –232 гСм⁻²год⁻¹. Большое поглощение углерода может быть объяснено континентальным климатом участка с низкими зимними температурами почвы (–14 °C), которые снижают уровень почвенного дыхания, и коротким, но относительно теплым летом (10,4 °С), стимулирующим высокие темпы фотосинтеза. Поток метана составлял 28 гС-СО2м⁻²год⁻¹, так что баланс парниковых газов равен –64 гС-СО2м⁻²год⁻¹. Потоки метана весьма чувствительны к гидрологическим условиям и растительному составу участка. Была изучена важность состава растительных сообществ и рельефа поверхности для защиты активного слоя многолетнемерзлых пород и направления потока углерода. Показана сильная уязвимость арктической тундры даже к мелкомасштабным изменениям растительного покрова. Развитие талого пруда после удаления кустарничковой растительности преобразовало участки в нашем эксперименте от стока метана к его источнику. Данные, репрезентативные для тундровых экосистем, проанализированы с целью выделения трендов, изучения межгодовой и сезонной изменчивости баланса углерода. В настоящее время тундровые экосистемы являются слабыми стоками углерода по сравнению с мерзлотными лесными экосистемами Северо-Востока России. По нашим многолетним данным, полученным с помощью системы вихревой ковариации, годовой сток углерода в тундровых экосистемах равен –0,7 ± 0,2 тСга^-1год^-1, а в лиственничном лесу составляет 2,0 ± 0,5 тСга^-1год^-1. Аппроксимация многолетних данных едди-ковариации указывает на положительный тренд увеличения стока углерода в будущем в тундровых экосистемах вследствие изменения климата и расширения ареала произрастания древесных и кустарниковых видов на Север.

1. Van der Molen M.K., van Huissteden J., Parmentier Frans-Jan, Petrescu A.M.R., Dolman A.J., Maximov T.C., Kononov A.V., Karsanaev S.V., Suzdalov D.A. The growing season greenhouse gas balance of a continental tundra site in the Indigirka lowlands, NE Siberia // Biogeosciences. 2007. V. 4(6). P. 985–1003.

2. Parmentier F-J.W., van Huissteden J., van Der Molen M.K., Schaepman-Strub G., Karsanaev S.A., Maximov T.C., Dolman A.J. Spatial and temporal dynamics in eddy covariance observations of methane fluxes at a tundra site in northeastern Siberia // Journal of Geophysical Research. 2011. V. 116(3). P. G03016. DOI: 10.1029/2010JG001637.

3. IPCC: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change //Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.). IPCC, Geneva, Switzerland, 2014. 151 p.

4. Максимов Т.Х. Круговорот углерода в лиственничных лесах якутского сектора криолитозоны: Дис. … д-ра биол. наук. Красноярск, 2007. 303 с.

5. Максимов Т.Х., Долман А.Й., Муре Э.Й., Ота Т., Сугимото А., Иванов Б.И. Параметры круговоротов углерода и воды в лесных экосистемах криолитозоны // Докл. РАН. 2005. Т. 404, вып. 8. С. 684–686.

6. Анисимов О.А., Шерстюков А.Б. Оценка роли природно-климатических факторов в изменениях криолитозоны России // Криосфера Земли. 2016. Т. XX, вып. 2. C. 90–99.

7. Zimov N.S., Zimov S.A., Zimova A.E., Zimova G.M., Chuprynin V.I., Chapin III F.S. Carbon storage in permafrost and soils of the mammoth tundra-steppe biome: Role in the global carbon budget // Geophysical Research Letters. 2009. V. 36. P. L02502. DOI: 10.1029/2008GL036332.

8. Nauta A.L., Heijmans M.P.D., Blok D., Limpens J., Elberling B., Gallagher A., Li B., Petrov R.E., Maximov T.C., van Huissteden J., Berendse F. Permafrost collapse after shrub removal shifts tundra ecosystem to a methane source // Nature Climate Change. 2015. V. 5. P. 67–70. DOI: 10.1038/ nclimate2446.

9. Blok D., Heijmans M.M.P.D., SchaepmanStrub G., Kononov A.V., Maximov T.C., Berendse

10. F. Shrub expansion may reduce summer permafrost thaw in Siberian tundra // Global Change Biology. 2010. V. 16. P. 1296–1305. DOI: 10.1111/j.13652486.2009.02110.x.

11. Van Huissteden J., Dolman A.J. Soil carbon in the Arctic and the permafrost carbon feedback // Current Opinion in Environmental Sustainability. 2012. V. 4(5). P. 545–551. DOI: 10.1016/j.cosust. 2012.09.008.

12. Kwon H.-J., Oechel W.C., Zulueta R.C., Hastings S.J. Effects of climate variability on carbon sequestration among adjacent wet sedge tundra and moist tussock tundra ecosystems // Journal of Geophysical Research. 2006. V. 111. P. G03014. DOI: 10.1029/2005JG000036.

13. Iwahana G., Takano S., Petrov R.E., Tei S., Shingubara R., Maximov T.C., Fedorov A.N., Desyatkin A.R., Desyatkin R.V., Nikolaev A.N. Geocryological characteristics of the upper permafrost in tundra-forest transition of the Indigirka River Valley, Russia // Polar Science. 2014. V. 8. P. 96– 113. DOI: 10.1016/j.polar.2014.01.005.

14. Van Huissteden J., Maximov T.C., Dolman A.J. High methane flux from an Arctic floodplain (Indigirka lowlands, Eastern Siberia) // Journal of Geophysical Research. 2005. V. 110. P. G02002. DOI: 10.1029/2005JG000010.