Главная » 2014»Июль»21 » Скачать Формирование и трансформация органического вещества в растительных сообществах горной тундры Хибин. Шмакова, Наталья Юрьевна бесплатно
06:34
Скачать Формирование и трансформация органического вещества в растительных сообществах горной тундры Хибин. Шмакова, Наталья Юрьевна бесплатно
Формирование и трансформация органического вещества в растительных сообществах горной тундры Хибин
Диссертация
Автор: Шмакова, Наталья Юрьевна
Название: Формирование и трансформация органического вещества в растительных сообществах горной тундры Хибин
Справка: Шмакова, Наталья Юрьевна. Формирование и трансформация органического вещества в растительных сообществах горной тундры Хибин : диссертация доктора биологических наук : 03.00.16, 03.00.05 Кировск, 2006 263 c. : 71 07-3/19
Объем: 263 стр.
Информация: Кировск, 2006
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ТУНДРОВЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ И ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ ИХ
СТРУКТУРЫ И ПРОДУКТИВНОСТИ
ГЛАВА 2 ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ
21 ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ, РЕЛЬЕФ
22 ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, ПОЧВООБРАЗУЮЩИЕ ПОРОДЫ
И ПОЧВЫ
23 КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
24 ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ ХИБИНСКИХ ГОР
ГЛАВА 3 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
31 СТРУКТУРА И РАЗНООБРАЗИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ т Т А ГГПГкПТ тт Ti Т TTTT/4t TI т» '?Т» л О
11Л 11Г\^0П01Л ххлищлдллЗо
32 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 4 БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ СООБЩЕСТВ
ГОРНОЙ ТУНДРЫ ХИБИН
41 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
42 СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АССИМИЛИРУЮЩИХ ОРГАНОВ РАСТЕНИЙ И ЛИШАЙНИКОВ
В ГОРНО-ТУНДРОВЫХ СООБЩЕСТВАХ
421 Содержание пигментов пластид в ассимилирующих органах растений и лишайников
422 Хлорофилльный индекс
423 Листовой индекс
43 ЗАПАСЫ И СТРУКТУРА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В СООБЩЕСТВАХ ГОРНОЙ ТУНДРЫ ХИБИН
431 Запасы фитомассы
432 Годичная продукция
433 Формирование и трансформация опада и подстилки
44 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ГЛАВА 5 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА В СООБЩЕСТВАХ ГОРНОЙ ТУНДРЫ ХИБИН
51 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
52 УГЛЕКИСЛОТНЫЙ ГАЗООБМЕН ГОРНО-ТУНДРОВЫХ СООБЩЕСТВ ХИБИН
521 Суточная динамика СОг-газообмена
522 Сезонная динамика СОг-газообмена
523 Зависимость СОг-газообмена от основных факторов среды
53 ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ СООБЩЕСТВ
ГОРНОЙ ТУНДРЫ ХИБИН
531 Валовое дыхание микрогруппировок
532 Дыхание почвы микрогруппировок
54 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ГЛАВА 6 КОМПОНЕНТЫ УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА В СООБЩЕСТВАХ
ГОРНОЙ ТУНДРЫ ХИБИН
61 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
62 СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕРОДА В ОСНОВНЫХ БЛОКАХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ
63 ОСНОВНЫЕ ПОТОКИ С02 В СООБЩЕСТВАХ
64 СХЕМЫ УГЛЕРОДНОГО ЦИКЛА
65 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Введение:
Актуальность темы. Состояние и особенности функционирования природных экосистем зависят от скорости и интенсивности формирования и трансформации органического вещества. Циклы углерода в биосфере являются основой продукционного процесса. В связи с этим перспективен поиск информативных показателей для построения модели этого процесса. Продуктивности принадлежит ведущее место среди характеристик, отражающих различные стороны биологического круговорота. Функционирование тундровых сообществ, по сравнению с другими зональными типами сообществ, происходит на фоне общей экстремальности условий существования при остром недостатке тепла.
Количественные показатели продукционного процесса и данные по балансу углерода в литературе приведены для разных ландшафтно-климатических зон и географических поясов (Базилевич, 1993; Исаев и др., 1993; Алексеев, Бердси, 1994; Вомперский, 1995; Кудеяров, Курганова, 2005; Титлянова и др., 2005; Бобкова и др., 2006). В этих работах на глобальном и региональном уровне проанализированы и обобщены материалы (цифровые, картографические, описательные) по циклу углерода в разных типах экосистем. Однако, в основе таких работ необходимо иметь исследования на локальном уровне, конкретные наблюдения и измерения в полевых условиях, представляющие ценные сведения об интенсивности процессов фотосинтеза и дыхания, содержания метаболитов и минеральных элементов в растениях, сообществах, экосистемах. Важность и необходимость комплексной оценки параметров углеродного цикла в Арктике и Субарктике подчеркивают многие авторы (Честных и др., 1999; Заварзин, 2000; Замолодчиков , 2003). В последнее время в связи с прогнозируемым глобальным потеплением климата, последствия которого, как считают, затронут, прежде всего, Арктику, возрос интерес к содержанию и балансу углерода в различных тундровых экосистемах.
Оценка вклада экосистем Арктики и Субарктики в глобальный баланс углерода весьма неоднозначна из-за недостатка информации. Одни авторы рассматривают тундру как зону стока атмосферной углекислоты, другие - как один из основных источников поступления углекислоты в атмосферу. Для тундровых экосистем северо-востока Российской Арктики сделан вывод о слабом стоке углерода или стационарном состоянии, близком к нулевому значению углеродного баланса (Замолодчиков, 1994; Замолодчиков и др., 1996, 1997, 2000; Замолодчиков, 2003). Для арктических тундр Аляски в настоящее время показано обратное изменение характера углеродного баланса - со стока в источник на фоне повышения температуры (Oechel et.al., 1993, 1995; Oechel, Vourlitis, 1995). По Северо-Западному региону России имеются данные только по биопродуктивности тундровых и лесотундровых сообществ (Чепурко, 1966, 1971, 1972; Манаков, 1970, 1972), на основании которых сделаны расчеты содержания углерода в фитомассе и почве (Карелин и др., 1995; Честных и др., 1999). Недостаток фактических экспериментальных данных на локальном уровне по балансовому потоку углерода в экосистемах Кольского полуострова, особенно для горно-тундрового пояса, занимающего наибольшую площадь в горных массивах, определяет актуальность представленной работы.
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в оценке параметров биологической продуктивности и определении основных составляющих цикла углерода в биогеоценозах горных тундр Кольской Субарктики.
Для достижения поставленной цели необходимо было:
1. Исследовать первичную продуктивность растительных сообществ горной тундры с использованием различных методических подходов (биопродуктивности, хлорофилльный и листовой иидексы, СС^-газообмен) и выявить минимальную структурную единицу для ее оценки.
2. Дать сравнительную характеристику ССЬ-газообмена различных по видовому составу микрогруппировок в системе растительных сообществ в зависимости от микроклиматических условий.
3. Изучить составляющие деструкционных процессов в различных типах растительных сообществ.
4. Оценить запасы и распределение углерода в блоках биогеоценозов, составить для них схемы углеродного цикла.
Научная новизна. Впервые дана детальная количественная характеристика продукционных и деструкционных составляющих функционирования горно-тундровых биогеоценозов. Первичная продуктивность растительных сообществ горной тундры Хибин оценена на основе данных различных методов (весового, газометрического, по хлорофилыюму индексу). Показаны существенные различия основных показателей углекислотного газообмена отдельных листьев и растительных микрогруппировок - по зависимости от светового и температурного факторов, по суточной динамике в течение полярного дня. Впервые показан характер распределения потоков СОг в системе «растительное сообщество-почва» и составлены схемы углеродного цикла в биогеоценозах горной тундры Кольской Субарктики, для которых установлено функционирование в режиме стока углерода и депонирования его в почвах.
Практическая значимость. Разработанные нами методические приемы косвенной оценки первичной продукции сообществ (по хлорофилльному индексу) и углеродного цикла могут использоваться при проведении мониторинговых исследований структурно-функционального состояния легко уязвимых экосистем Крайнего Севера. Полученная база данных для показателей продукционно-деструкционных процессов и распределения потоков углерода в системе «растительное сообщество-почва» может быть использована для построения прогнозных зональных моделей реакции растительности на глобальные климатические изменения. Материалы могут быть включены в курсы лекций и методические пособия по особенностям продукционных процессов растительных сообществ Субарктических регионов России, в учебные курсы ВУЗов по экологии и фитоценологии.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Микрогруппировки горно-тундровых сообществ Хибин представляют собой элементарную структурную единицу продуктивности, на уровне которых проявляется наибольшая вариабельность показателей и зависимость биологической продуктивности от климатических факторов.
2. В формирование первичной продукции сообществ горной тундры основной функциональный вклад вносят растительные микрогруппировки со средним уровнем активности фотосинтетического аппарата.
3. Горно-тундровые сообщества Хибин функционируют в режиме стока СО2, что приводит к увеличению запаса углерода в почве.
Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы были представлены в виде устных докладов на следующих научных конференциях: II областной научно-производственной конференции «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» (Апатиты, 1988); Международной конференции приарктических государств по вопросам окружающей среды (Ленинград, 1988); Республиканской конференции «Актуальные проблемы биологии и рациональное использование природных ресурсов Карелии» (Петрозаводск, 1989); Всесоюзном совещании «Взаимодействие организмов в тундровых экосистемах» (Воркута, 1989); Всесоюзной научной конференции «Проблемы охраны окружающей среды Севера» (Мурманск, 1990); конференции «Газообмен растений в посевах и природных фитоценозах» (Сыктывкар, 1992);
II съезде Русского ботанического общества «Проблемы ботаники на рубеже XX-XXI веков» (Санкт-Петербург, 1998); Международной конференции «Биологические основы изучения, освоения и охраны животного и растительного мира, почвенного покрова Восточной Фенноскаидии» (Петрозаводск, 1999); IV съезде общества Физиологов растений России «Физиология растений - наука III тысячелетия» (Москва, 1999); Международной конференции «Актуальные вопросы экологической физиологии растений в XXI веке» (Сыктывкар, 2001); Годичном собрании Общества физиологов растений России и Международной конференции «Проблемы физиологии растений Севера» (Петрозаводск, 2004); совместном заседании секций экологической физиологии растений и флоры и растительности Русского ботанического общества (Санкт-Петербург, БИН, 2001); заседаниях секции экологической физиологии растений Русского ботанического общества (Санкт-Петербург, БИН, 2002; 2005).
Личный вклад автора состоит в определении направления исследований, непосредственном участии во всех полевых исследованиях и лабораторных работах, обработке, анализе и обобщении данных, подготовке публикаций. Исследования по изучению запасов опада, подстилки, скорости их разложения в растительных сообществах, определение углерода в основных блоках биогеоценозов проведены совместно с к.б.н., с.н.с. ПАБСИ КНЦ РАН Г.И. Ушаковой. Все случаи использования результатов совместных исследований оговорены в соответствующих разделах работы. Основой диссертации являются материалы, собранные в ходе работ по плановым тематикам НИР: «Роль углекислотпого газообмена в продукционном процессе растений Кольской Субарктики» (№ гос. регистрации 01870057115), «Формирование и трансформация органического вещества в биогеоценозах Хибинских гор» (№ гос. регистрации 01990009278); поддержаны Грантом комиссии РАН по работе с молодежью (1998-2000 гг.), грантами РФФИ (№01-04-48206; № 05-04- 97518 ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 66 работ, в том числе одна монография и 26 научных статей.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, списка литературы и 14 приложений. Общий объем составляет 246 страниц (без приложений), включая 47 рисунков, 29 таблиц. В списке литературы 432 источника, в том числе 117 на иностранных языках.
